一种基于频谱聚合的认知无线电频谱分配方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于频谱聚合的认知无线电频谱分配方法，其特征在于:系统中K个认知用户U1到UK接入到网络中，从用户信息中获取认知用户U1到UK相应的传输速率需求到需求因子Q1到QK；针对每个认知用户，求出满足传输速率需求的条件下至少要聚合的子载波数n；计算出认知用户U1到UK相应的最大频谱利用率η1,max到ηK,max；结合需求因子和最大频谱利用率，计算出认知用户U1到UK相应的最大需求频谱利用率；根据认知用户最大需求频谱利用率的大小决定认知用户获得频谱资源的顺序。
【专利说明】一种基于频谱聚合的认知无线电频谱分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于频谱聚合的认知无线电频谱分配方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的飞速发展，尤其是无线局域网（WLAN)技术、无线个人域网络 (WPAN)技术的发展，越来越多的人通过这些技术以无线的方式接入互联网，使得无线频谱 成为越来越紧缺的资源。为了解决频谱资源匮乏的问题，基本思想就是尽量提高现有的频 谱利用率，于是人们提出了这样的一种方法：在已授权频段没有或只有很少的通信业务在 活动的情况下，具有认知功能的无线通信设备可以侦测出在空域、时域和频域中出现的可 被利用的频谱资源，并按照某种"伺机（Opportunistic Way) "的方式工作在这些已授权的 频段内，合理的使用这些"频谱空洞"。这种使无线通信设备具有发现"频谱空洞"并合理利 用它们的能力构成了认知无线电（Cognitive Radio, CR)的核心思想。
[0003] 近年来，多数认知无线电中频谱分配方法的研究是基于连续频谱分配的，但是在 连续频谱分配方法中，每个信道只能由一段连续的频段构成，这样会生成许多带宽小于用 户需求的频谱片段，这些频谱片段不能被充分利用从而导致频谱浪费。
[0004] 随着 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的发展，在当今 的通信系统中，为了提高用户无线接入的带宽，以支持数据速率更高的数据业务，载波聚 合（Carrier Aggregation, CA)技术被广泛应用。载波聚合能够聚合一个通信系统内多 个频域相邻的成员载波，使得总带宽增大，并满足频谱兼容性。而频谱聚合（Spectrum AggregatiomSA)被认为是载波聚合的一般化，其聚合的载波带宽可以不同，所处频带不限 定于相邻的成员载波。
[0005] 现有的频谱聚合分配方法，其用户的满意度较差，而且现有的频谱聚合分配方法 中，没有考虑到不同认知用户对频谱资源的需求迫切程度，这也在一定程度上降低了系统 的公平性。而在认知无线电频谱分配问题上，系统公平性是最重要的指标之一，为此需要一 种方法考虑认知用户对频谱资源的需求度，从而在基本保持系统达到的总吞吐量的前提下 提高系统的公平性。
【发明内容】
[0006] 本发明目的在于提供一种基于频谱聚合的认知无线电频谱分配方法，用户的满意 度高，并且能够有效提高系统的公平性。
[0007] 实现本发明目的技术方案：
[0008] -种基于频谱聚合的认知无线电频谱分配方法，其特征在于：
[0009] 步骤一：系统中K个认知用户A到υκ接入到网络中，从用户信息中获取认知用户 Ui到υκ相应的传输速率需求i?rq到，需求因子％到QK，所说的需求因子用于反映认知用 户对频谱资源的需求迫切程度；
[0010] 步骤二：针对每个认知用户，求出满足传输速率需求的条件下至少要聚合的子载 波数η ;
[0011] 步骤三：通过步骤二中获得的每个认知用户需要聚合的子载波数η，计算出认知 用户Ui到U K相应的最大频谱利用率II 到;
[0012] 步骤四：结合需求因子和最大频谱利用率，计算出认知用户Ui到UK相应的最大需 求频谱利用率\_到x K，max;
[0013] 步骤五：得到最大需求频谱利用率向量Hmax = [ X X 2，max, . . .，X K，max]; _4] 步骤六：根据x 的大小决定认知用户获得频谱资源的顺序，对Hmax中x 最 大的用户优先分配频谱资源，i = 1，2…Κ ;
[0015] 步骤七：将用户分配向量S中对应用户的值更新为1，表示该用户已被分配；
[0016] 步骤八：将子载波分配矩阵A中对应子载波的位置更新为1，表示相应子载波已被 使用；
[0017] 步骤九：将传输速率矩阵Rmax中对应子载波的传输速率置0,防止再次分配时其他 用户重复占用相同的子载波；
[0018] 步骤十：重复步骤二至步骤九，对未分配用户进行处理，直到所有用户都得到了频 谱资源或者在一轮分配中不能满足任何用户的传输速率需求。
[0019] 步骤四中，认知用户的最大需求频谱利用率通过如下公式获得，
[0020] 祖=吓,祖，Q, y i = ·· K ·
[0021] 步骤九中，传输速率矩阵Rmax表示如下，
[0022]
【权利要求】
1. 一种基于频谱聚合的认知无线电频谱分配方法，其特征在于： 步骤一：系统中K个认知用户Ui到UK接入到网络中，从用户信息中获取认知用户Ui到 υκ相应的传输速率需求到，需求因子Qi到QK，所说的需求因子用于反映认知用户对 频谱资源的需求迫切程度； 步骤二：针对每个认知用户，求出满足传输速率需求的条件下至少要聚合的子载波数 η ； 步骤三：通过步骤二中获得的每个认知用户需要聚合的子载波数η，计算出认知用户仏 到UK相应的最大频谱利用率η 1;max到nK，max ; 步骤四：结合需求因子和最大频谱利用率，计算出认知用户Α到UK相应的最大需求频 谱利用率x1mx到χκ，_ ; 步骤五：得到最大需求频谱利用率向量Η_ = [ X 1;_，X 2，_，· · ·，X κ，_]; 步骤六：根据大小决定认知用户获得频谱资源的顺序，对Hmax中χ_χ最大的用 户优先分配频谱资源，i = 1，2…Κ ; 步骤七：将用户分配向量S中对应的值更新为1，表示该用户已被分配； 步骤八：将子载波分配矩阵A中对应子载波的位置更新为1，表示相应子载波已被使 用； 步骤九：将传输速率矩阵Rmax中对应子载波的传输速率置〇,防止再次分配时其他用户 重复占用相同的子载波； 步骤十：重复步骤二至步骤九，对未分配用户进行处理，直到所有用户都得到了频谱资 源或者在一轮分配中不能满足任何用户的传输速率需求。
2. 根据权利要求1所述的基于频谱聚合的认知无线电频谱分配方法，其特征在于：步 骤四中，认知用户的最大需求频谱利用率通过如下公式获得，
3. 根据权利要求1所述的基于频谱聚合的认知无线电频谱分配方法，其特征在于：步 骤九中，传输速率矩阵Rmax表示如下，
代表认知用户仏在子载波?.上支持的最大传输速率，如果&被占用，则 Z?,":.1' =〇，W = l，2..X。
4. 根据权利要求1所述的基于频谱聚合的认知无线电频谱分配方法，其特征在于：步 骤八中，子载波分配矩阵A表示如下，
代表认知用户A是否占用?_，如果Ay = 1，则子载波&分配给了用户％，反之，则没 有。
5. 根据权利要求1所述的基于频谱聚合的认知无线电频谱分配方法，其特征在于：还 包括步骤十一，得到最终的用户分配向量S和子载波分配矩阵A ;利用步骤十一中获得的子 载波分配矩阵A，可通过如下公式计算系统达到的总吞吐量Ta，
6. 根据权利要求5所述的基于频谱聚合的认知无线电频谱分配方法，其特征在于：利 用步骤十一中获得的用户分配向量S，可通过如下公式计算认知用户需求满意度S a
【文档编号】H04W16/14GK104105104SQ201410353539
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】刁鸣, 张志强, 高洪元, 钱荣鑫, 张帆 申请人:哈尔滨工程大学