基于博弈論的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)頻譜分配技術(shù)研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展,日益增長的無線通信需求對有限的頻譜資源提出了巨大的挑戰(zhàn)。認(rèn)知無線電允許非授權(quán)用戶(次級用戶)在不干擾授權(quán)用戶(主用戶)通信的條件下使用空閑的授權(quán)頻譜進(jìn)行通信,從而有效提升了授權(quán)頻譜的利用率。作為認(rèn)知無線電的重要技術(shù)之一,頻譜分配技術(shù)能夠合理的分配頻譜資源,提高頻譜效率。本文針對認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的頻譜分配技術(shù)展開研究,以博弈論為方法論,依次針對如何有效整合空閑的授權(quán)頻譜資源、如何有效降低次級用戶的感知與接入帶來的系統(tǒng)

2、開銷、如何在認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中有效整合終端直連(D2D)技術(shù)來提高頻譜效率這三個(gè)基本問題,提出了三種不同的頻譜分配方案。
　　首先,為了有效整合空閑的授權(quán)頻譜資源供次級用戶二次利用,本文提出了基于代理拍賣機(jī)制的頻譜分配方案?？紤]到“頻譜空洞”的隨機(jī)性,次級用戶難以掌握全局頻譜信息,我們提出了基于代理拍賣機(jī)制的頻譜分配方案。整個(gè)方案由兩層博弈構(gòu)成。第一層博弈中,各主用戶充當(dāng)分布式頻譜代理,通過歷史信息預(yù)估自身及周邊次級用戶的業(yè)務(wù)需求,與

3、其它主用戶共同向基站競爭頻譜資源。第二層博弈中,主用戶將空閑的頻譜資源拍賣給周邊有通信需求的次級用戶,以便最大化空閑頻譜的收益。本方案能夠有效的平衡子信道間負(fù)載,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)容量。
　　其次,為了有效降低次級用戶感知與接入帶來的系統(tǒng)開銷,本文提出了基于進(jìn)化感染機(jī)制的頻譜分配方案。在這種方案中,次級用戶以感染的方式將頻譜共享給感知范圍內(nèi)的另一個(gè)次級用戶。我們通過二叉樹來建模這種頻譜感染方式,以熵來衡量網(wǎng)絡(luò)中頻譜分配的狀態(tài),分別分析了感染

4、時(shí)有局部信息交互和無局部信息交互兩種策略下系統(tǒng)均衡狀態(tài)與全局最優(yōu)解的存在性與收斂性。本頻譜分配方案能夠有效降低系統(tǒng)開銷的同時(shí)提升頻譜分配的效率,優(yōu)化頻譜分配過程中的均衡性與公平性。
　　最后,為了在認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中有效整合D2D技術(shù)來進(jìn)一步提升頻譜效率,本文提出了基于進(jìn)化模仿機(jī)制的頻譜分配方案。在帶有D2D的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中,次級用戶既可以使用傳統(tǒng)的基站通信方式,也可以使用D2D通信方式。我們以進(jìn)化博弈中的模仿機(jī)制為方法論,通過研究