認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中基于博弈論的功率控制研究.pdf

1、21世紀(jì)是經(jīng)濟全球化、全球信息化的嶄新世紀(jì)。隨著無線通信新技術(shù)快速發(fā)展和高速度和高質(zhì)量的無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求使得無線頻譜資源匱乏日益加劇。另外,在當(dāng)前無線頻譜固定分配管理框架下,大部分頻譜資源處于低效率的利用狀態(tài)。因此,亟待解決頻譜緊缺并提高頻譜效率。一種有效且實際的方案是實現(xiàn)基于認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的高效資源分配和共享。近年來以認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的多種動態(tài)頻譜共享技術(shù)得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注和研究。然而,這些新技術(shù)方案將挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的分析技術(shù)

2、和方法,要求其有利于設(shè)計分布式且靈活的資源管理和控制算法。本論文基于博弈論研究認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)資源共享和分配技術(shù),創(chuàng)新性成果如下:
　　 1.考察集中式的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中非合作功率控制方案。采用納什均衡作為最優(yōu)功率控制方案的設(shè)計準(zhǔn)則。提出一種基于信干擾比(SINR)的代價函數(shù),借助兼顧認(rèn)知用戶公平性的懲罰因子,構(gòu)造一種新型效用函數(shù)?；谠撔в煤瘮?shù)建模非合作功率控制博弈模型。證明了該博弈模型的納什均衡解的存在性和唯一性。針對當(dāng)

3、前認(rèn)知用戶傳輸速率多樣化的需求,提出聯(lián)合速率和功率的非合作控制方法。仿真結(jié)果表明提出的基于定價的方案有效改善納什均衡解的帕累托有效性。
　　 2.考察一種聯(lián)合動態(tài)頻譜租賃共享策略。采用一種基于定價機制的動態(tài)頻譜租賃(PBDSL)模型,充分考慮動態(tài)頻譜共享的技術(shù)特性和經(jīng)濟學(xué)特性,兼顧主要用戶的頻譜收益并保障認(rèn)知用戶的QoS需求。主要用戶參與該PBDSL博弈過程,并為主次用戶分別設(shè)計分布式的頻譜定價策略和傳輸策略。仿真結(jié)果表明提出算

4、法可有效保證收斂性,同時,在平均容量、能量效率和頻譜效率等方面具有一定性能改善。
　　 3.研究多個認(rèn)知用戶對環(huán)境和策略等認(rèn)知程度存在差異時,如何實現(xiàn)認(rèn)知用戶分層頻譜共享。采用一種基于斯坦科爾伯格博弈的容量最大化博弈(SCMG)模型來刻畫多個認(rèn)知用戶共享多個信道的問題。重點研究多個認(rèn)知用戶之間存在信息不對稱的最優(yōu)決策方案設(shè)計。重點考察多個領(lǐng)導(dǎo)者和多個跟隨者的場景,證明博弈模型可等效為變分不等式模型,進而證明均衡解存在性和唯一性。

5、仿真結(jié)果表明提出的分布式算法可以有效保證收斂性,并以較低的復(fù)雜度實現(xiàn)最優(yōu)均衡解。
　　 4.最后,采用合作博弈實現(xiàn)用戶公平性和網(wǎng)絡(luò)效率的最佳折中。把納什議價功率控制的多耦合約束的優(yōu)化問題建模為納什議價博弈(NBPCG)模型,且干擾功率約束(IPCs)用于保護主要用戶的數(shù)據(jù)傳輸?？疾炝藘煞N經(jīng)典的納什議價均衡解,即kSBS解和NBS解,并證明了這些議價合作解的存在性和唯一性。同時,在考察KSBS解時,多約束優(yōu)化問題可轉(zhuǎn)為一個簡單的向