有限反饋認(rèn)知無(wú)線電動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)，無(wú)線通信系統(tǒng)的規(guī)模和容量不斷擴(kuò)大，與此同時(shí)，珍貴的無(wú)線頻譜資源又大多以固定的方式被占用，這便促使無(wú)線頻譜資源日益緊張。為了提高頻譜效率，人們發(fā)明了認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)允許空閑頻譜能夠被未授權(quán)的次用戶使用，也即允許次用戶動(dòng)態(tài)共享頻譜。與此同時(shí)，MIMO技術(shù)是提高頻譜效率的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。因此，把MIMO技術(shù)與認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)相結(jié)合，即認(rèn)知MIMO無(wú)線電技術(shù)，可以進(jìn)一步提高頻譜效率。
　　由于認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)性和

2、異構(gòu)性，系統(tǒng)中的各終端要獲取全局信息，通常是不現(xiàn)實(shí)的。因此，在認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中，尤其是在認(rèn)知MIMO無(wú)線電系統(tǒng)中，研究有限反饋動(dòng)態(tài)頻譜共享問題，具有非常重要的意義和實(shí)用價(jià)值。
　　采用有限反饋技術(shù)的認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)，頻譜共享策略集合通常是離散的，而獲取最優(yōu)頻譜共享策略，需要復(fù)雜度很高的算法，比如窮舉搜索算法，會(huì)導(dǎo)致大量的系統(tǒng)開銷。在實(shí)際系統(tǒng)中，這顯然是不可取的。那么，如何通過有限反饋，獲取低復(fù)雜度的分布式動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)，成為了一個(gè)

3、亟待解決的研究課題。博弈論，是解決分布式離散非凸優(yōu)化問題的一個(gè)有效理論工具，因而非常適合用來(lái)分析和研究有限反饋動(dòng)態(tài)頻譜共享問題。本文具體工作概括如下:
　　首先，研究針對(duì)具有不同風(fēng)險(xiǎn)偏好的次用戶（即多類買家），基于拍賣的有限反饋動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)。其中，提供頻譜的基站（即拍賣方）采用了參數(shù)化的非標(biāo)準(zhǔn)密封式拍賣機(jī)制，且拍賣機(jī)制可以自適應(yīng)地進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)一個(gè)基于學(xué)習(xí)自動(dòng)機(jī)博弈的隨機(jī)學(xué)習(xí)算法，使提供頻譜的基站（即拍賣方）可動(dòng)態(tài)地調(diào)整拍

4、賣機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化，而次用戶（即購(gòu)買方）則可以動(dòng)態(tài)的選擇競(jìng)拍價(jià)格，以最大化自己的收益。研究表明這個(gè)算法是有效的，且能夠有助于基站獲得比固定拍賣機(jī)制方案和隨機(jī)拍賣機(jī)制方案更大的利潤(rùn)。
　　接下來(lái)，研究無(wú)附加限制的認(rèn)知MIMO多接入信道中分布式頻譜共享策略選擇問題。在這里，頻譜共享策略被定義為多模式預(yù)編碼策略。而動(dòng)態(tài)頻譜共享問題則被構(gòu)建成一個(gè)離散非合作博弈。該博弈至少具有一個(gè)純策略納什均衡，且最優(yōu)的和速率最大化頻譜共享策略組合也

5、是該博弈的一個(gè)純策略納什均衡。結(jié)合學(xué)習(xí)自動(dòng)機(jī)理論，設(shè)計(jì)一個(gè)分布式的學(xué)習(xí)算法來(lái)獲取博弈的純策略納什均衡。引入一種重復(fù)機(jī)制來(lái)提高算法的和速率性能，并設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)步長(zhǎng)機(jī)制來(lái)控制算法的收斂速度。該算法能夠以有限的反饋信息，獲得最優(yōu)或者接近最優(yōu)的和速率性能。
　　其次，研究有干擾功率限制和最大傳輸數(shù)據(jù)流限制的認(rèn)知MIMO多接入信道中的機(jī)會(huì)頻譜共享策略選擇（多模式預(yù)編碼策略選擇）問題。本文構(gòu)建了一個(gè)具有限制的次用戶頻譜共享策略選擇博弈模型。

6、證明該離散博弈是一個(gè)潛博弈，并至少具有一個(gè)純策略納什均衡。分析純策略納什均衡的可行性和最優(yōu)性。證明和速率最大化問題的解是該博弈的一個(gè)純策略納什均衡?；谧顑?yōu)反應(yīng)動(dòng)態(tài)算法，設(shè)計(jì)兩個(gè)低復(fù)雜度的算法。其中第一個(gè)算法可以獲得可行的純策略納什均衡。第二個(gè)算法對(duì)第一個(gè)算法進(jìn)行了改進(jìn)，可以提高和速率性能，但是其復(fù)雜度要比第一個(gè)算法高一些。這兩個(gè)算法都具有很低的復(fù)雜度，且能夠獲取最優(yōu)或者接近最優(yōu)的和速率性能。
　　最后，針對(duì)有限反饋認(rèn)知MIMO干

7、擾信道中的分布式能量有效的動(dòng)態(tài)頻譜共享策略選擇構(gòu)建了一個(gè)博弈理論框架。在這里，頻譜共享策略被定義為一個(gè)包含多模式預(yù)編碼策略和離散功率策略的二元策略。假設(shè)各次用戶都是理性自私的。每個(gè)次用戶的目標(biāo)是，在具有干擾功率限制和最小速率限制的情況下最大化各自的能量效率。定義一個(gè)能夠在不提前預(yù)知不可行策略組合的情況下，保證純策略納什均衡可行性的支付函數(shù)。設(shè)計(jì)一個(gè)分布式動(dòng)態(tài)頻譜共享策略選擇算法，并證明該算法能夠獲取可行純策略納什均衡，如果可行純策略納什