专利名称：无线资源分配方法和认知无线电用户设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，特别涉及无线资源分配方法和认知无线电用户设备。
背景技术：
随着无线通信技术的发展，人们对无线频谱资源的需求越来越大。然而，无线频谱 是稀缺、有限的资源。如何充分利用频谱资源，提高频谱利用率，成为了一个亟待解决的问 题。CR(Cognitive radio,认知无线电)技术为解决这个问题提供了一种可行的方案。在 CR网络中，具有认知功能的用户(CR用户)需要对授权用户频谱进行检测，在不影响授权用 户正常通信的前提下利用已授权频段的频谱资源。 由于CR用户对频谱的利用是依赖于授权用户的，而授权用户的频谱占用情况是 随时间、地点快速变化的，所以CR网络必须能够灵活高效的分配无线资源。与集中式网络 相比，分布式网络由于用户之间无需频谱信息的交互，减小了资源分配时间，更加适应快速 变化的CR网络环境。 此外，CR用户具有智能性，可感知周围环境并根据环境变化对传输参数做出智能 的调整。实际网络中可能存在多种用户，合作的、自私的、甚至是恶意的，有必要深入研究CR 网络中用户之间如何竞争无线资源。多个CR用户之间相互竞争分配资源的过程可采用博 弈论模型进行研究。在这个模型下，CR用户是参与人，它的决策就是对传输参数(信道、功 率等)进行选择，用户之间通过追求效用函数的最大化来做出资源分配决策。CR用户的决 策不但会影响自身的性能，也会对其他用户的性能产生影响。 现有技术中，提出了一种基于博弈论模型的联合频谱分配和功率控制的分布式资 源分配方法。此方法中，每个CR用户都以一定概率获得策略选择的机会。获得机会的用户 以效用函数最大化为目标来选择信道，选择完信道后，再根据满足最低信干比的条件选择 CR用户的发射功率。当所有CR用户的当前信道都为效用最大的信道时，则每个用户都不会 再改变信道，即算法收敛。 在实现本发明的过程中，发明人发现上述现有技术至少具有以下缺点 虽然考虑了功率控制和频谱分配，但用户的功率控制和频谱分配仍然是有先有后
依次进行的，没有能够真正的同时考虑两方面的因素，这就导致了用户为达到效用函数最
大而提高发射功率，彼此之间恶意竞争带来的用户之间的干扰。
发明内容
为了减小CR用户之间的同频干扰，本发明实施例提供了一种无线资源分配方法 和认知无线电用户设备。所述技术方案如下
—种无线资源的分配方法，包括 认知无线电用户设备计算各个可用信道上的效用和达到所述效用的发射功率；
比较所述各个可用信道上的效用； 选取最大效用的可用信道以及所述最大效用对应的发射功率。
—种认知无线电用户设备，包括 计算模块，用于计算各个可用信道上的效用和达到所述效用的发射功率； 比较模块，用于比较所述各个可用信道上的效用； 选取模块，用于选取最大效用的可用信道以及所述最大效用对应的发射功率。 本发明实施例提供的技术方案的有益效果是 CR用户进行资源选择时，通过频谱资源和发射功率联合选择，可减小用户间的同 频干扰，提高系统的平均信干比，同时保证一定的公平性。
图1是现有技术中分布式网络拓扑示意图；
图2是本发明实施例一提供的无线资源的分配方法流程图；
图3是本发明实施例二提供的无线资源的分配方法流程图；
图4是本发明实施例三提供的CR用户设备结构示意图；
图5是本发明实施例三提供的另一种CR用户设备结构示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。 本发明实施例的CR网络拓扑如图1所示，N对CR用户设备(发射机-接收机)均 匀分布在D*D的区域中，网络中有M个可用信道，其中M < N，M、N均为正整数，每个CR用户 只占用一个信道。CR用户设备进行信道检测，确定可用信道，所有CR用户共用这些信道资 源。 实施例一 参见图2，本发明实施例提供了一种无线资源的分配方法，包括 201 :CR用户设备计算各个可用信道上的效用和达到该效用的发射功率； 根据各个可用信道上的干扰信息，计算各个可用信道上的效用和达到该效用的发
射功率时。 202 :比较各个可用信道上的效用； 203 :选取最大效用的可用信道以及该最大效用对应的发射功率，分别作为该CR
用户设备的可用信道和发射功率。 201包括 A :探测各个可用信道上的干扰信息； B :根据干扰信息计算各个可用信道上的发射功率； C :根据发射功率计算各个可用信道上的效用。 其中，以CR用户设备i为例，步骤A具体包括 CR用户设备i探测可用信道j的背景噪音N。，以及其他CR用户设备在可用信道j
上的干扰<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，N为CR用户设备的个数，l《i《N，fj表示可用信道j，Pk(fj)表示CR用户设备k在可用信道j上的发射功率，k # i， 1《k《N，Gki表示CR用户设备k与CR用户设 备i之间的链路增益，Pk(fj)Gki表示CR用户设备k在可用信道j上对CR用户设备i的干 扰。 步骤B包括 根据Pi(力一l/(人,ln2)-( i A(/;)Gto. + iV。 )/0,,计算CR用户设备i在可用信道j 上的发射功率；其中i凡(y;)q,+iv。为所述干扰信息；Pi(f)表示cR用户设备i在可用信道j
上的发射功率，Gii表示CR用户设备i自身的链路增益，A ,表示功率代价指数，A , = C/di， C对于所有认知无线电用户设备为常数，di表示CR用户设备i的发射机和接收机之间的距离。 发射功率Pi (f j)的取值范围是Pmin《Pi (f j)《Pmax ; P^为在没有其他用户干扰时，使CR用户设备i的接收机正常解码的CR用户设备 i的发射机的最小发射功率； P^为CR用户设备i的发射机的最大允许发射功率和根据干扰温度门限计算得到
的最大发射功率中的最小值。
步骤C包括根据公式"'化(力)，艮'(/》)=log2(1+ fvV'+wH'P'(力)计算效用; 其中，Pi(fj)表示发射功率；llj(Pi(fj)， P—i(fj))表示CR用户设备i在可用信道j 上的效用，P—i(fj)表示除CR用户设备i外的其他CR用户设备在可用信道j上的发射功率， Pi(fj)Gii表示CR用户设备i接收到的可用信道j上的信号功率，AiPi(fj)表示代价函数。
所述方法还包括 204 :判断选取的可用信道是否发生改变；如果发生改变，则重新进行分配。
本发明实施例通过CR用户设备自身的检测，发现频谱机会并探测干扰信息，灵活
自主的分配无线资源，充分考虑了CR用户之间的竞争关系，更加适应快速变化的CR网络环
境；用户组进行资源选择时，频谱资源和发射功率联合选择，可进一步减小用户间的同频干
扰，提高系统的平均信干比，同时保证一定的公平性；此外，通过在效用函数中加入收发机
距离相关的代价指数，在保证一定平均信干比和公平性的同时显著降低了系统的平均发射功率。 实施例二 参见图3，本发明实施例提供了一种无线资源分配方法，包括 301 :根据CR网络的情况，对CR网络建立博弈论模型G = < N， A， {uj > ;其中， ①N为参与人，N个CR用户； ②A为策略空间；其中主要包括两部分 信道选择策略(f" f2， f3……fM) ， M代表可用信道的个数； 功率选择策略(Pmin < Pi (f j) <PMX)，i = l，2，3......N;j = l，2，3……M; 其中，Pmin为在没有其他用户干扰时，使CR用户设备i的接收机正常解码的CR用户设备i的发射机的最小发射功率； P^为CR用户设备i的发射机的最大允许发射功率和根据干扰温度门限计算得到
的最大发射功率中的最小值。 ③{Ui}为效用函数； 302:N个CR用户设备初始化信道分配和功率，其中可以采用随机的信道分配和恒
定功率。 在对CR网络完成上述操作后，每个CR用户设备开始无线资源的分配过程
303 :CR用户设备探测M个可用信道上的干扰信息。 其中，干扰信息包括信道上的背景噪音和其他CR用户设备在同一可用信道上的 干扰；具体的，CR用户设备i探测可用信道j上的背景噪音N。和其他CR用户设备在可用信
道j上对CR用户设备i的干扰<formula>formula see original document page 7</formula>其中，N为CR用户设备的个数，l《i《N，fj
表示可用信道j，Pk(fj)表示CR用户设备k在可用信道j上的发射功率，k - i， 1《k《N， Gki表示CR用户设备k与CR用户设备i之间的链路增益，Pk(fj)Gki表示CR用户设备k在 可用信道j上对CR用户设备i的干扰。
304 :CR用户设备根据探测到的干扰信息，计算发射机的发射功率；
干扰信息表示为<formula>formula see original document page 7</formula>发射功率的计算公式为
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中，Pi (f j)表示所述用户i在可用信道j上的发射功率，G 表示CR用户设备i 自身的链路增益，入i表示功率代价指数，^二C/di，C对于所有认知无线电用户设备为常 数，&表示CR用户设备i的发射机和接收机之间的距离。
当Pi (f j)的计算结果大于Pmax时，Pi (f j) = Pmax ; 其中，Pmax的值为CR用户设备的发射机的最大允许发射功率(硬件限制或能量受 限)和根据干扰温度门限计算得到的最大发射功率这两个值中的最小值。当Pi (f j)的计算结果小于Pmin时，<formula>formula see original document page 7</formula>
其中，Pmin的值为在无其他CR用户设备干扰的情况下，使CR用户设备的接收机能 够正常解码的CR用户设备的发射机的最小发射功率。
305 :根据发射功率，计算对应信道上的效用；
效用的计算公式为<formula>formula see original document page 7</formula> 其中，Pi(fj)表示发射功率；llj(Pi(fj)， p—i(fj))表示CR用户设备i在可用信道j 上的效用，P—i(fj)表示除CR用户设备i外的其他CR用户设备在可用信道j上的发射功率， Pi(fj)Gii表示CR用户设备i接收到的可用信道j上的发射功率，AiPi(fj)表示代价函数。
306 :CR用户设备比较自身在各个信道的效用，选取最大效用的信道；
最大效用可以表示为
",U(力),艮,(力》=m，x{,(/7),;7—,(,))} _/ = 1,2,3……M 如果us最大，则CR用户设备i选择信道s和发射功率Pi (fs)。 每个CR设备按照上述303至305的步骤进行信道和发射功率的选择，直至CR网
络中的CR用户设备都完成资源分配。 307 :判断分配是否收敛，如果收敛，则资源分配结束；如果不收敛，则重复302至 306。判断收敛的主要条件是判断所有CR用户设备分配的信道是否改变，即是否达到纳什 均衡(Nash Equilibrium)。 本发明实施例通过CR用户自身的检测发现频谱机会并探测干扰信息，灵活自主 的分配无线资源，充分考虑了 CR用户之间的竞争关系，更加适应快速变化的CR网络环境； 用户组进行资源选择时，频谱资源和发射功率联合选择，可进一步减小用户间的同频干扰， 提高系统的平均信干比，同时保证一定的公平性；此外，通过在效用函数中加入收发机距 离相关的代价指数，在保证一定平均信干比和公平性的同时显著降低了系统的平均发射功 率。 实施例三 参见图4，本发明实施例提供了一种认知无线电用户设备，包括 计算模块401，用于计算各个可用信道上的效用和达到该效用的发射功率； 比较模块402，用于比较各个可用信道上的效用； 选取模块403，用于选取最大效用的可用信道以及该最大效用对应的发射功率。
其中，所述计算模块401可以包括 干扰信息获得模块，用于获得各个可用信道上的干扰信息； 发射功率获得模块，用于根据干扰信息计算各个可用信道上的发射功率； 效用获得模块，用于根据发射功率计算各个可用信道上的效用。
进一步地，参见图5，认知无线电用户设备还包括 判断模块404，用于判断选取的可用信道是否发生改变； 如果发生改变，则重新进行分配。 本发明实施例通过CR用户自身的检测发现频谱机会并探测干扰信息，灵活自主 的分配无线资源，充分考虑了 CR用户之间的竞争关系，更加适应快速变化的CR网络环境； 用户组进行资源选择时，频谱资源和发射功率联合选择，可进一步减小用户间的同频干扰， 提高系统的平均信干比，同时保证一定的公平性；此外，通过在效用函数中加入收发机距 离相关的代价指数，在保证一定平均信干比和公平性的同时显著降低了系统的平均发射功 率。 本发明实施例可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质 中，例如，路由器的硬盘、缓存或光盘中。 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种无线资源的分配方法，其特征在于，包括认知无线电用户设备计算各个可用信道上的效用和达到所述效用的发射功率；比较所述各个可用信道上的效用；选取最大效用的可用信道以及所述最大效用对应的发射功率。
2. 如权利要求1所述的无线资源的分配方法，其特征在于，比较所述各个可用信道上的效用，包括探测各个可用信道上的干扰信息；根据所述干扰信息计算所述各个可用信道上的发射功率；根据所述发射功率计算所述各个可用信道上的效用。
3. 如权利要求2所述的无线资源的分配方法，其特征在于，所述认知无线电用户设备为认知无线电用户设备i，所述探测各个可用信道上的干扰信息，包括所述认知无线电用户设备i探测可用信道j的背景噪音N。，以及其他认知无线电用户设备在所述可用信道j上的干扰i: a(力x4 ;其中，N为认知无线电用户设备的个数，l《i《N，fj表示所述可用信道j，Pk(fj)表示认知无线电用户设备k在所述可用信道j上的发射功率，k # i， 1《k《N，Gki表示所述认知无线电用户设备k与所述认知无线电用户设备i之间的链路增益，Pk(fj)Gki表示所述认知无线电用户设备k在所述可用信道i上对所述认知无线电用户设备i的干扰。
4. 如权利要求3所述的无线资源的分配方法，其特征在于，所述根据所述干扰信息计算所述各个可用信道上的发射功率，包括根据P,(力"l/(Mn2)-( i &(力)《,+乂)/&计算所述认知无线电用户设备1在所述可用信道j上的发射功率；其中i A(/,k4+W。为所述干扰信息；Pi(fj)表示所述认知无线电用户设备i在所述可用信道j上的发射功率，Gii表示所述认知无线电用户设备i自身的链路增益，A ,表示功率代价指数，A i = C/di， C对于所有认知无线电用户设备为常数，&表示所述认知无线电用户设备i的发射机和接收机之间的距离。
5. 如权利要求4所述的无线资源的分配方法，其特征在于，所述发射功率Pi(fj)的取值范围是Pmin《Pi(fj)《Pmax;所述Pmin为在没有其他认知无线电用户干扰时，使所述认知无线电用户设备i的接收机正常解码的所述认知无线电用户设备i的发射机的最小发射功率；所述p^为所述认知无线电用户设备i的发射机的最大允许发射功率和根据干扰温度门限计算得到的最大发射功率中的最小值。
6. 如权利要求4所述无线资源的分配方法，其特征在于，所述根据所述发射功率计算所述各个可用信道上的效用，包括根据公式"々'(/》，"力))=10"1+ f 。^V+ 力'(力)计算所述細；其中，Pi(fj)表示所述发射功率；Uj(Pi(fj)，p—i(fj))表示所述认知无线电用户设备i在所述可用信道j上的效用，P-i(fj)表示除认知无线电用户设备i外的其他认知无线电用户设备在所述可用信道j上的发射功率，Pi(fj)Gii表示所述认知无线电用户设备i接收到的可用信道j上的发射功率，AiPi(fj)表示代价函数。
7. 如权利要求1所述的无线资源的分配方法，其特征在于，在所述选取所述效用最大的可用信道以及达到所述效用最大的发射功率之后，所述方法还包括判断选取的所述可用信道是否发生改变；如果发生改变，则重新进行分配。
8. —种认知无线电用户设备，其特征在于，包括计算模块，用于计算各个可用信道上的效用和达到所述效用的发射功率；比较模块，用于比较所述各个可用信道上的效用；选取模块，用于选取最大效用的可用信道以及所述最大效用对应的发射功率。
9. 如权利要求8所述的认知无线电用户设备，其特征在于，还包括判断模块，用于判断选取的所述可用信道是否发生改变；如果发生改变，则重新进行分配。
10. 如权利要求8或9所述的认知无线电用户设备，其特征在于，所述计算模块包括干扰信息获得模块，用于获得各个可用信道上的干扰信息；发射功率获得模块，用于根据干扰信息计算各个可用信道上的发射功率；效用获得模块，用于根据发射功率计算各个可用信道上的效用。
全文摘要
本发明实施例提供了一种无线资源的分配方法和认知无线电用户设备，属于通讯技术领域。所述方法包括认知无线电用户设备计算各个可用信道上的效用和达到所述效用的发射功率；比较所述各个可用信道上的效用；选取最大效用的可用信道以及所述最大效用对应的发射功率。所述设备包括计算模块、比较模块和选取模块。本发明实施例联合选择频谱资源和发射功率，进一步减小用户间的同频干扰。
文档编号H04B7/005GK101729164SQ20081022506
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月27日 优先权日2008年10月27日
发明者冯春燕, 冯淑兰, 刘劲楠, 刘芳芳, 曾志民, 李琳, 王海光, 郭彩丽 申请人:华为技术有限公司;北京邮电大学