認知無線網(wǎng)絡(luò)中基于頻譜合約的協(xié)作頻譜共享策略研究.pdf

1、隨著各類無線通信設(shè)備對寬帶服務(wù)需求的持續(xù)增長，無線頻譜資源的需求日益增加，頻譜資源匱乏問題早已成為制約無線通信領(lǐng)域快速發(fā)展的關(guān)鍵因素。為了解決這一問題，認知無線電技術(shù)通過動態(tài)的頻譜管理和接入機制，允許非授權(quán)用戶共享授權(quán)頻帶，進而達到提高頻譜利用率的目的。而協(xié)作頻譜共享技術(shù)作為認知無線網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)，允許網(wǎng)絡(luò)中的主用戶和次用戶之間建立合作，雙方根據(jù)需要和約定進行貨幣交易（出售頻譜）和資源交易（中繼協(xié)作）來保證頻譜共享。在中繼協(xié)作頻譜共享

2、機制中，與基于貨幣交易的協(xié)作頻譜共享相比，基于資源交易的協(xié)作頻譜共享通過設(shè)計合約條款以激勵雙方的合作意愿，并在保證網(wǎng)絡(luò)通信性的同時實現(xiàn)頻譜資源的共享，因而已成為研究熱點。在基于資源交易的協(xié)作頻譜共享中，主次用戶交易的是頻譜和功率，交易的前提是滿足雙方的合約。因此，公平的合約設(shè)計是達成資源共享、利益雙贏的關(guān)鍵，本文將該問題建模為經(jīng)濟學(xué)中的勞動市場，通過合約理論為主用戶和次用戶構(gòu)建有效的合約，論文的主要工作和創(chuàng)新點如下：
　　1.在非

3、對稱網(wǎng)絡(luò)信息場景下，針對多個主用戶存在空閑頻段的情況，提出了多個次用戶基于頻譜分配策略的協(xié)作頻譜共享問題，并將主用戶提供多個頻譜接入時間、功率方案與次用戶協(xié)作的問題建模為以主用戶獲得期望總速率最大化為目標的最優(yōu)合約設(shè)計問題。通過獲得頻譜使用時間激勵次用戶的中繼服務(wù)意愿，結(jié)合合約被接受概率得到主用戶期望總速率最大化的優(yōu)化問題，利用遺傳算法得到主用戶的最優(yōu)合約方案（多個中繼功率和頻譜接入時間對）。數(shù)值仿真表明所提的合約設(shè)計方法有效提高了主用

4、戶的總期望數(shù)據(jù)傳輸速率，與基于匹配的DMA-UI算法相比，能夠使主用戶實現(xiàn)更高的能效和譜效。
　　2.針對主用戶不存在空閑頻段場景下的協(xié)作共享問題，提出了在不中斷主用戶可靠傳輸?shù)募s束下，主用戶和次用戶間以underlay方式共享頻譜的策略。在保證次用戶的數(shù)據(jù)傳輸大于中繼服務(wù)意愿的條件下，將主用戶提供中繼服務(wù)閾值、功率方案與次用戶協(xié)作的問題建模為使主用戶獲得最大平均數(shù)據(jù)傳輸速率的最優(yōu)合約設(shè)計問題，并利用差分進化算法求解。仿真結(jié)果表明