認知無線電動態(tài)頻譜接入的競爭與干擾規(guī)避策略研究.pdf

1、認知無線電概念是現(xiàn)代通信發(fā)展歷程上的一個革命性觀點，在過去十年中一直受到廣泛的關(guān)注。通過軟件定義無線電，認知無線電可以察覺信道狀態(tài)、能源效率、帶寬可用性、地理位置、頻譜使用、網(wǎng)絡(luò)連接性等等。并且，通過與無線環(huán)境和其他用戶的交互作用，認知無線電可以自適應(yīng)地改變其操作參數(shù)從而達到最佳的頻譜使用率。此外，認知無線電概念還被引入到下一代無線和移動計算系統(tǒng)中用來提高頻譜的使用效率。
　　動態(tài)頻譜接入是認知無線電的關(guān)鍵技術(shù)，采用該技術(shù)認知無線

2、電用戶可以伺機接入無線電頻譜。認知用戶在接入無線電頻譜過程對其他用戶產(chǎn)生的干擾是一個值得研究的問題。該問題可以從三個方面進行研究。一、授權(quán)用戶可以制定規(guī)則來指導認知用戶的頻譜接入，減少來自認知用戶的干擾；二、認知用戶通過頻譜感知避免對授權(quán)用戶或其他認知用戶造成干擾；三、認知用戶之間通過頻譜競爭或合作來共享頻譜資源。本文從上述三個方面研究了認知用戶頻譜競爭與干擾避免的問題，并根據(jù)博弈理論和優(yōu)化算法，提出了解決的方案。
　　首先，從授

3、權(quán)用戶角度出發(fā)，針對認知用戶與授權(quán)用戶頻譜共享中的干擾問題，提出基于干擾補償定價的認知周期優(yōu)化算法和基于定價機制的混合頻譜接入管理算法。針對認知用戶在授權(quán)用戶隨機出現(xiàn)情況下無法及時退出所導致的干擾問題，傳統(tǒng)的認知周期優(yōu)化算法以最大化認知用戶的平均吞吐量為目標，忽略授權(quán)用戶的體驗?；诟蓴_補償定價的認知周期優(yōu)化算法使授權(quán)用戶參與制定認知周期，根據(jù)授權(quán)用戶的頻譜利用率調(diào)整認知周期時長，并且平衡認知用戶的干擾概率和信道空閑率。基于定價機制的混

4、合頻譜接入管理算法針對認知用戶混合頻譜接入時頻譜接入方式對授權(quán)用戶造成的不同影響。該算法可以根據(jù)授權(quán)用戶頻譜利用率調(diào)整認知用戶選擇頻譜Overlay模式和選擇頻譜Underlay模式的頻譜接入價格，通過頻譜接入價格影響認知用戶對這兩種頻譜接入方式的選擇。
　　其次，從認知用戶角度出發(fā)，針對認知用戶對授權(quán)用戶的干擾以及認知用戶之間的干擾問題，提出了時間加權(quán)頻譜感知優(yōu)化算法，建立頻譜感知博弈模型并以此為基礎(chǔ)提出非對稱碰撞規(guī)避策略。時間

5、加權(quán)頻譜感知優(yōu)化算法針對授權(quán)用戶在認知用戶頻譜感知環(huán)節(jié)突然回歸當前信道的現(xiàn)象，通過對采樣信號分組并按照時間順序進行線性加權(quán)來提高對授權(quán)用戶的檢測概率。算法分析對比了數(shù)據(jù)融合準則和決策融合準則下的時間加權(quán)優(yōu)化算法。結(jié)果表明，采用決策融合時間加權(quán)優(yōu)化算法，在相同分組數(shù)量的情況下的檢測性能較好。同時針對授權(quán)用戶隨機出現(xiàn)的場景，時間加權(quán)優(yōu)化算法會明顯的提高檢測概率。頻譜感知博弈模型模擬了認知用戶吞吐量競爭的自私行為以及干擾?；陬l譜感知博弈模型

6、，本文提出非對稱碰撞規(guī)避策略。該策略在保證自私用戶的minmax收益基礎(chǔ)上，最大化非自私用戶的頻譜接入概率，使得非自私用戶與自私用戶可以共享信道。
　　最后，針對獨立的認知用戶之間頻譜共享時的干擾問題，提出了競爭退出策略和非對稱主動合作策略。在獨立的認知用戶頻譜共享模型中，兩個認知用戶頻譜競爭的均衡結(jié)果是認知用戶將各自的功率擴展到整個頻譜。針對均衡時認知用戶之間的相互干擾問題，本文提出了基于頻譜移動功能的競爭退出策略。該策略以最大

7、化認知用戶的長期收益為目標，為不同的感知結(jié)果指定了一個競爭退出時間。通過與“干擾-立即退出”方案相對比，基于競爭退出策略均衡時的方案，認知用戶明顯的減少了信道切換次數(shù)，有利于提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。此外，本文提出了基于頻譜接入功能的非對稱主動合作策略。認知用戶以最大化長期收益問目標，通過認知用戶可以單方面采取合作行為，另一個認知用戶響應(yīng)合作行為的方式來建立合作。非對稱主動合作是一種隱式的共謀策略，為彼此獨立的認知用戶提供了一種優(yōu)化頻譜共享策略。