基于博弈論的認(rèn)知MIMO聯(lián)合預(yù)編碼和功率分配算法研究.pdf

1、隨著寬帶無(wú)線通信和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,人們對(duì)高速無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的需求日益迫切。無(wú)線頻譜作為一種不可再生資源,未來(lái)無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展面臨著頻譜資源匱乏和傳輸環(huán)境惡劣的困難,對(duì)通信的有效性和可靠性帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的高度智能性可以顯著提高現(xiàn)有固定分配頻譜的利用率,能夠允許空閑頻譜被未授權(quán)的認(rèn)知用戶使用,也即允許認(rèn)知用戶動(dòng)態(tài)共享頻譜,從而充分利用現(xiàn)有的頻譜資源為更多用戶提供服務(wù)。MIMO技術(shù)是移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,它的

2、最大優(yōu)點(diǎn)是能夠在無(wú)需額外增加帶寬和發(fā)射功率的情況下顯著提高系統(tǒng)的傳輸速率。因此,將MIMO技術(shù)與認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)相結(jié)合,即認(rèn)知MIMO技術(shù),可以進(jìn)一步提高頻譜效率,從而滿足為更多用戶提供高傳輸速率服務(wù)的需求。
　　博弈論,是一種用嚴(yán)謹(jǐn)數(shù)學(xué)模型來(lái)解決現(xiàn)實(shí)中利害沖突的理論。將博弈論引入認(rèn)知 MIMO系統(tǒng)的研究是解決頻譜共享問(wèn)題的新途徑。本文研究基于博弈論的認(rèn)知MIMO聯(lián)合預(yù)編碼和功率分配算法。該算法考慮對(duì)認(rèn)知用戶進(jìn)行最優(yōu)功率分配的同時(shí),

3、如何對(duì)它們進(jìn)行最優(yōu)的預(yù)編碼設(shè)計(jì)。本文的主要貢獻(xiàn)如下:
　　(1)首先對(duì)完美信道狀態(tài)信息下認(rèn)知MIMO聯(lián)合預(yù)編碼和功率分配問(wèn)題進(jìn)行研究,并將博弈論模型引入認(rèn)知 MIMO系統(tǒng)中。將認(rèn)知用戶的聯(lián)合預(yù)編碼和功率分配問(wèn)題,建模成“一種帶有代價(jià)函數(shù)的非合作聯(lián)合預(yù)編碼和功率分配博弈”。在此博弈中,證明了納什均衡的存在性和唯一性,并且提出基于博弈論的聯(lián)合預(yù)編碼和功率分配算法,納什均衡作為非合作博弈的解。最后仿真驗(yàn)證了所提算法的收斂性。
　　

4、(2)在實(shí)際環(huán)境中,由于認(rèn)知基站和主用戶之間缺少協(xié)作,因此認(rèn)知基站并不知主用戶的信道狀態(tài)信息,于是本文進(jìn)一步研究不完美信道信息下基于博弈論的聯(lián)合預(yù)編碼和功率分配問(wèn)題。由于魯棒干擾的存在,最佳響應(yīng)得不到閉式解,因此使用最壞情況理論,通過(guò)采用合適的帶有信道誤差的干擾功率約束將優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為二價(jià)錐規(guī)劃(SOCP)問(wèn)題,大大降低了復(fù)雜度。最后數(shù)值仿真了不完美信道下認(rèn)知用戶的和速率收斂于傳輸功率。
　　本文的研究成果對(duì)認(rèn)知 MIMO系統(tǒng)中認(rèn)