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专利号: 2022106699226
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2026-01-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于双频谱池的动态频谱分配方法,其特征在于,其包括以下步骤:S1、确定用于动态频谱分配的相关参数,所述相关参数包括次级用户分类策略中主要用户的到达率λ1、一类次级用户的到达率λ21、二类次级用户的到达率λ22,主要用户的服务率μ1、一类次级用户的服务率μ21、二类次级用户的服务率μ22、主要用户占用的CP和RP信道的个数iCP,iRP、一类次级用户占用的CP和RP信道的个数jCP,jRP、二类次级用户占用的CP和RP信道的个数kCP,kRP以及CP和RP的空闲信道个数NCP,IDLE,NRP,IDLE,所述NCP,IDLE,NRP,IDLE分别表示为:NCP,IDLE=γCP‑iCP‑jCP‑kCP  (1)

NRP,IDLE=γRP‑iRP‑jRP‑kRP  (2)

其中,γCP表示CP信道数;γRP表示和RP信道数;

S2、主要用户到达系统时,基于相关参数,确定新到达的主要用户的分配;

S3、构建随机抢先式接入策略和冲突避免协作式接入策略相结合的动态频谱分配策略模型,确定新到达的一类次级用户和二类次级用户的分配,建立平衡方程求解稳态概率;

S4、求解一类次级用户和二类次级用户的阻塞率、掉话率;

S5、求解主要用户、一类次级用户和二类次级用户的吞吐量θ1,θ2,θ3:θ2=λ21(1‑β1‑α1)  (8)

θ3=λ22(1‑β2‑α2)  (9)

其中,β1,β2分别表示一类次级用户和二类次级用户的阻塞率;α1,α2分别表示一类次级用户和二类次级用户的掉话率;π(s)表示状态s下稳态概率;

S6、折衷各项系统的性能指标,构造系统效益函数R:

R=r1θ1+r2θ2+r3θ3‑r4(1/μ21)(1‑β1)‑r5(1/μ22)(1‑β2)‑r6(γCP+γRP)  (10)其中,r1表示成功传输一个主要用户系统所能获得的效益;r2表示成功传输一个一类次级用户系统所能获得的效益;r3表示成功传输一个二类次级用户系统所能获得的效益;r4和r5分别表示一个一类次级用户、一个二类次级用户在系统中逗留一个时隙的系统损失;r6为系统管理员提供一条信道的损失;

S7、运用MATLAB求解,获得系统效益函数R最大的CP信道数γCP*和RP信道数γRP*。

2.根据权利要求1所述的基于双频谱池的动态频谱分配方法,其特征在于,所述步骤S2具体包括以下步骤:S21、当iRP+jRP+kRP≤γRP即NRP,IDLE≥0时,新到达的主要用户以概率NRP,IDLE/γRP‑iRP随机接入一个空闲的RP信道,或以概率jRP/γRP‑iRP接入一个被一类次级用户占用的RP信道,或以概率kRP/γRP‑iRP接入一个被二类次级用户占用的RP信道;

S22、当iRP=γRP且NCP,IDLE>0时,新到达的主要用户接入一个空闲的CP信道;

S23、当iRP=γRP、iCP+jCP+kCP=γCP即NCP,IDLE=0且kCP>0时,新到达的主要用户接入一个被二类次级用户占用的CP信道;

S24、当iRP=γRP、iCP+jCP+kCP=γCP即NCP,IDLE=0且jCP>0时,新到达的主要用户接入一个被一类次级用户占用的CP信道;

S25、当iRP=γRP且iCP=γCP时,新到达的主要用户将被阻塞。

3.根据权利要求1所述的基于双频谱池的动态频谱分配方法,其特征在于,所述步骤S3具体包括以下步骤:S31、一类次级用户到达系统时,基于相关参数,构建随机抢先式接入策略分配模型,确定新到达的一类次级用户的分配;

S311、当NCP,IDLE>0时,新到达的一类次级用户接入一个空闲的CP信道;

S312、当iCP+jCP+kCP=γCP即NCP,IDLE=0且kCP>0时,新到达的一类次级用户接入一个被二类次级用户占用的CP信道;

S313、当iCP+jCP=γCP且iRP+jRP<γRP时,新到达的一类次级用户以概率NRP,IDLE/γRP‑iRP‑jRP接入一个空闲的RP信道,或以概率kRP/γRP‑iRP‑jRP接入一个被二类次级用户占用的RP信道;

S314、当iCP+jCP=γCP且iRP+jRP=γRP时,新到达的一类次级用户将被阻塞;

S32、二类次级用户到达系统时,基于相关参数,构建冲突避免协作式接入策略分配模型,确定新到达的二类次级用户的分配;

S321、当iCP+jCP+kCP<γCP时,新到达的二类次级用户接入一个空闲的CP信道;

S322、当iCP+jCP+kCP=γCP且iRP+jRP+kRP<γRP时,新到达的二类次级用户接入一个空闲的RP信道;

S323、当iCP+jCP+kCP=γCP且iRP+jRP+kRP=γRP时,新到达的二类次级用户将被阻塞,由平衡方程ΠQ=0,Πe=1求出稳态概率π(s),其中,Q表示转移率矩阵;e表示单位矩阵且e=T[1,1,...,1]。

4.根据权利要求1所述的基于双频谱池的动态频谱分配方法,其特征在于,所述步骤S5具体包括以下步骤:S41、求解一类次级用户和二类次级用户的阻塞率β1,β2,对于新到达一类次级用户,当系统中的信道全部被主要用户和一类次级用户占用时将被阻塞;对于新到达的二类次级用户,当系统中没有空闲的信道时将被阻塞,β1,β2分别为:S42、求解一类次级用户和二类次级用户的掉话率α1,α2,对于一类次级用户,新的主要用户到达,当RP信道没有全部被主要用户占用且jRP>0时,或iRP=γRP、没有空闲的CP信道且jCP>0时,一类次级用户的传输被主要用户中断而离开系统;对于二类次级用户,当没有空闲的CP信道且kCP>0时,或iCP+jCP=γCP且kRP>0时,二类次级用户的传输被一类次级用户中断而离开系统,α1,α2分别为:

5.根据权利要求1所述的基于双频谱池的动态频谱分配方法,其特征在于,还包括非理想感知下只有主要用户和次级用户时系统效益函数最大的最优次级用户到达率的求解,具体包括以下步骤:S81、假设每条信道上漏检主用户、漏检次级用户和虚警以一定概率发生,分别称之为漏检率pmp、漏检率pms以及虚警率pf,设能量检测阈值τpu和τsu,且τpu>τsu,所述漏检率pmp、漏检率pms和虚警率pf的求解如下:其中, N表示次级用户检测信道的次数;γ表示信噪比;

表示噪声方差;

S82、当次级用户感知到无空闲CP信道和RP信道时,求解状态s下次级用户阻塞率Pblock:S83、求解状态s下一类次级用户掉话率Pdrop,所述次级用户掉话率Pdrop为所有到达的次级用户中被丢弃的次级用户占有的比例;

S84、求解次级用户有效吞吐量ηs,所述次级用户有效吞吐量ηs为单位时间内成功传输的次级用户数量,并通过状态s下次级用户掉话率和次级用户阻塞率求解:ηs=λs(1‑Pblock‑Pdrop)  (16)

其中,λs表示次级用户到达率;

S85、根据次级用户有效吞吐量ηs确定个人效益函数Uind:S86、根据个人效益函数Uind确定系统效益函数Usys:

Usoc=(1‑Pblock‑Pdrop)λsUind  (18);

S87、获取系统效益函数Usys时的最优次级用户到达率

6.根据权利要求1或5所述的基于双频谱池的动态频谱分配方法,其特征在于,所述步骤S83具体包括以下步骤:S831、当次级用户接入主要用户或次级用户占用的信道时,次级用户和主要用户或次级用户和次级用户产生冲突,此时发生冲突的次级用户掉话,则次级用户接入下的次级用户掉话率为:其中, 分别表示次级用户错误接入次级用户及主要用

户正在占用的CP、RP信道的概率;p0表示次级用户检测到CP信道池中没有空闲信道的概率;

S832、当主要用户抢占次级用户占用的信道时,次级用户正确感知到主要用户的到来并从当前信道撤出,此时发生次级用户的掉话,则主要用户接入下的次级用户掉话率为:S833、状态s下次级用户掉话率Pdrop为:

Pdrop=pdrop_s1+pdrop_s2  (15)。