認(rèn)知無線電系統(tǒng)中頻譜共享博弈算法的研究.pdf

1、認(rèn)知無線電是一種新型的智能無線通信技術(shù)，它能夠感知周圍環(huán)境的變化并隨之自適應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)的工作參數(shù)。它的關(guān)鍵技術(shù)有頻譜感知、功率控制、動(dòng)態(tài)頻譜分配等，本文的研究就是針對(duì)認(rèn)知無線電的頻譜共享展開的。
　　博弈論是一種通過建立數(shù)學(xué)模型，來幫助決策者分析和選擇決策的有效工具，而認(rèn)知無線電作為一項(xiàng)可以感知可用頻譜、實(shí)時(shí)自適應(yīng)改變自身系統(tǒng)工作參數(shù)來適應(yīng)無線通信的新興技術(shù)，在很多方面都涉及到策略的選擇，頻譜的選擇就是其中的一種策略。
　　

2、本文基于博弈理論，研究了認(rèn)知無線電的頻譜共享技術(shù)，并對(duì)算法進(jìn)行了改進(jìn)，主要工作如下:
　　(1)研究了次用戶系統(tǒng)博弈下基于價(jià)格的頻譜共享問題。次用戶在共享主用戶頻譜時(shí)需要向其支付一定的費(fèi)用，價(jià)格是一個(gè)很重要的因素。根據(jù)主用戶制定的頻譜價(jià)格，各次用戶之間以最大化各自收益為目標(biāo)，進(jìn)行頻譜數(shù)量的博弈。已有算法中主用戶的價(jià)格函數(shù)沒有代表主用戶意愿的因子。本文增加考慮主用戶共享頻譜的意愿，改進(jìn)了價(jià)格函數(shù)，這里的“意愿”代表了主用戶共享頻譜的

3、積極性。通過引入積極性因子，各次用戶不僅有著不同的價(jià)格函數(shù)，而且還可以根據(jù)積極性因子自適應(yīng)調(diào)整。此外本文還討論了納什均衡的存在性和穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明，頻譜共享不僅由次用戶的信道特性決定，還可根據(jù)主用戶的意愿自適應(yīng)變化。
　　(2)提出了一種基于供需平衡的認(rèn)知無線電頻譜共享新算法。該算法根據(jù)供需平衡理論，建立了主用戶和次用戶之間頻譜共享的供需模型，以確定主用戶出售頻譜的價(jià)格?？紤]了主用戶的頻譜總帶寬、次用戶終端剩余電量以及主用戶對(duì)

4、不同次用戶在頻譜接入中的信任度對(duì)頻譜共享的影響，設(shè)計(jì)了新的次用戶效用函數(shù)和頻譜共享算法。從理論和仿真兩個(gè)方面證明了頻譜博弈均衡解的存在性和唯一性。仿真結(jié)果表明，主用戶以均衡價(jià)格共享頻譜可獲得最大收益，同時(shí)主用戶對(duì)次用戶的信任度以及次用戶的剩余電量會(huì)直接影響次用戶共享的頻譜數(shù)量。
　　(3)在主用戶和次用戶共享同一頻段的認(rèn)知無線電系統(tǒng)中，研究了次用戶功率速率的聯(lián)合控制問題。針對(duì)已有的干擾溫度模型在降低主用戶受到的干擾方面的不足，本文

5、加強(qiáng)了主用戶在干擾控制中的主觀能動(dòng)性。在次用戶相互博弈，調(diào)整發(fā)射功率和傳輸速率，降低次用戶之間干擾的同時(shí)，主用戶對(duì)受到次用戶的干擾進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在保證不超過干擾門限的同時(shí)，設(shè)計(jì)了干擾懲罰因子，對(duì)其干擾越大的次用戶受到的懲罰越大，進(jìn)一步合理地分配次用戶的發(fā)射功率，減少對(duì)主用戶的干擾。仿真結(jié)果表明，提出的干擾博弈方法能夠降低次用戶的發(fā)射功率，減小對(duì)主用戶產(chǎn)生的干擾，提高了主用戶的系統(tǒng)容量。同時(shí)，在次用戶網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，因?yàn)榘l(fā)射功率的降低，次用戶彼此的干

6、擾減小，接收信干比有了一定的改善。
　　(4)分析了認(rèn)知無線電中的協(xié)作頻譜共享問題。運(yùn)用協(xié)作博弈中的納什討價(jià)還價(jià)(Nash Bargaining)方法，對(duì)次用戶的效用函數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，以最大化所有次用戶的收益乘積為目標(biāo)，建立了認(rèn)知無線電系統(tǒng)中頻譜共享的協(xié)作博弈算法，同時(shí)引入了次用戶優(yōu)先級(jí)參數(shù)。本文證明了在協(xié)作博弈過程中，新的效用函數(shù)存在納什協(xié)商解且該解唯一。仿真結(jié)果表明，改進(jìn)的協(xié)作博弈算法可以通過參數(shù)的設(shè)置來體現(xiàn)次用戶之間的優(yōu)先權(quán)，