基于博弈論的認知無線網(wǎng)絡頻譜分配技術研究.pdf

1、隨著無線通信技術的發(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)。認知無線電允許非授權用戶(次級用戶)在不干擾授權用戶(主用戶)通信的條件下使用空閑的授權頻譜進行通信,從而有效提升了授權頻譜的利用率。作為認知無線電的重要技術之一,頻譜分配技術能夠合理的分配頻譜資源,提高頻譜效率。本文針對認知無線網(wǎng)絡中的頻譜分配技術展開研究,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、如何在認知無線網(wǎng)絡中有效整合終端直連(D2D)技術來提高頻譜效率這三個基本問題,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制的頻譜分配方案。考慮到“頻譜空洞”的隨機性,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制的頻譜分配方案。整個方案由兩層博弈構(gòu)成。第一層博弈中,各主用戶充當分布式頻譜代理,通過歷史信息預估自身及周邊次級用戶的業(yè)務需求,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載,優(yōu)化網(wǎng)絡容量。
　　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,本文提出了基于進化感染機制的頻譜分配方案。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)絡中頻譜分配的狀態(tài),分別分析了感染

4、時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,為了在認知無線網(wǎng)絡中有效整合D2D技術來進一步提升頻譜效率,本文提出了基于進化模仿機制的頻譜分配方案。在帶有D2D的認知無線電網(wǎng)絡中,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。我們以進化博弈中的模仿機制為方法論,通過研究