基於頻譜合約的協作頻譜共享方法
網絡與通信
作者：趙楠 武明虎 周先軍 熊煒 曾春豔
摘要：針對授權頻譜資源不足的問題，結合非對稱網絡信息的特點和通信雙方自私性的需求，提出一種多用戶協作頻譜共享（CSS）合約機製的設計與實現方法。首先，通過將CSS映射成勞動力市場，研究對稱網絡信息條件下多用戶頻譜合約建模方法；在此基礎上，針對合約簽訂後非授權用戶（SU）行為隱匿性引起的道德風險問題，研究非對稱網絡信息條件下頻譜合約建模方法，以激勵雙方協作行為和保證頻譜共享的實現。實驗結果表明，在授權用戶（PU）直接傳輸速率低於0.2b/s時，協作頻譜共享時整個係統容量是雙方不參與共享時的3倍以上。提出的多用戶CSS合約機製能為無線頻譜的高效利用和資源共享提供新思路。
關鍵詞：認知無線電；協作頻譜共享；合約設計；非對稱網絡信息；道德風險
中圖分類號： TN926 文獻標誌碼：A
Abstract： To alleviate the shortage of licensed spectrum resource， a method to design and implement the multiuser Cooperative Spectrum Sharing （CSS） mechanism was proposed based on the characteristics of asymmetric network information and selfishness of communication users. First， by modeling the CSS as a labor market， a modeling method for the multiuser contractbased CSS framework was investigated under the symmetric network information scenario. Then， to avoid the moral hazard problem due to the hiddenaction of Secondary Users （SUs） after contract assignment， a contractbased CSS model was proposed to incentivize the contribution of SUs for ensuring spectrum sharing. The experimental results show that， when the direct transmission rate of Primary User （PU） is less than 0.2b/s， in comparison with the case of _disibledevent=0時，最優總時間分配為χN的嚴格減函數。
當R0>0時，PU分配給SU時間的動機較少，尤其在χN較小的情況下。隨著χN增大，PU願意分配較多的時間給SU以獲得SU的協作通信。當χN足夠大時，PU隻需要分配SU較少的時間就能獲得足夠的中繼服務，因而，最優總時間分配先隨χN增加後減小。
由於PU自身都需要SU協作頻譜共享，以幫助其提高通信質量，很難有用於出售的空閑頻譜，因此，在這裏不考慮文獻[15]中PU出售給SU頻譜的情況。與文獻[15]相比，本文綜合考慮SU用戶的速率、傳輸代價和功率等信息以及PU直接通信的情況， χN信息更全麵，係統容量整體提升得更高，因此，本文所提出的協作頻譜共享合約機製，可以提高整個認知無線網絡的頻譜利用率。
5 結語
本文針對授權頻譜資源不足的問題，提出多用戶協作頻譜共享合約機製的設計與實現。將基於市場驅動的合約模型引入到協作頻譜共享機製中，結合通信雙方的自私性需求，提出對稱網絡信息條件下多用戶協作頻譜共享合約係統建模方法；針對非對稱網絡信息的特點，結合激勵相容和個人理性的約束條件，研究信息非對稱情況下的道德風險問題建模方法，激勵非授權用戶行為以保證協作頻譜共享的實現。實驗結果表明，本方法能在非授權用戶行為隱匿情況下獲得最優的協作頻譜合約共享策略。本文所提出的基於頻譜合約協作共享方法可為無線頻譜的高效利用和資源共享提供一種新思路。