基于博弈論的認(rèn)知無線電頻譜訪問研究.pdf

1、認(rèn)知無線電是近年新提出的一種無線通信的技術(shù)，它利用未授權(quán)通信用戶的頻譜感知能力，動態(tài)的自適應(yīng)的使用空閑頻譜資源，從而提高整個頻譜的利用率。認(rèn)知無線電用戶可以感知外部環(huán)境，從環(huán)境中學(xué)習(xí)，并且根據(jù)環(huán)境的變化動態(tài)地調(diào)整其內(nèi)部參數(shù)，比如工作頻率、發(fā)射功率、調(diào)制方式等，以便在授權(quán)用戶空閑時利用其頻譜，并且在授權(quán)用戶需要頻譜時，及時的讓出以避免對授權(quán)用戶的干擾。 認(rèn)知無線電的關(guān)鍵問題之一就是頻譜訪問技術(shù)。它是未授權(quán)用戶在頻譜感知得到的信息的

2、基礎(chǔ)上，智能的選擇頻段訪問，并且在合適的時候進(jìn)行通信。頻譜訪問技術(shù)是改善認(rèn)知無線電頻譜利用率的最關(guān)鍵的因素。 博弈論是應(yīng)用數(shù)學(xué)的一個分支，它是研究市場競爭中，個體之間為了最大化自己的收益而進(jìn)行相互競爭與合作的理論。在通信領(lǐng)域，由于廣泛的存在著通信用戶之間對有限的通信資源的競爭，因此可以有效的利用博弈論的模型和理論來解決這些問題。尤其是分布式的自主通信系統(tǒng)，其通信行為可以很好的用博弈論來建模和分析。 本文旨在討論具有廣泛應(yīng)

3、用背景的分布式認(rèn)知無線電系統(tǒng)，在這種分布式的環(huán)境下，運(yùn)用博弈論的來解決自主的認(rèn)知無線電用戶的頻譜訪問問題。具體而言，本文的主要工作有： 1.本文研究分析了分布式的通信系統(tǒng)模型，并用博弈論對其進(jìn)行建模。我們將通信中的用戶看成是自主的agent，它們可以自主的完成頻譜感知、頻譜分配、行為決策、信號發(fā)送等通信任務(wù)，多個智能化的agent構(gòu)成了競爭使用無線頻譜資源的網(wǎng)絡(luò)，并且在博弈論的框架下完成一系列的通信任務(wù)。博弈的結(jié)果就是各個用戶合

4、理有效的分配到頻譜資源。 2.我們將通信的重要性能指標(biāo)一時間也做為頻譜資源的一部分，從而將頻譜的概念擴(kuò)展到二維空間?；谶@個二維空間下的博弈模型，我們提出了分布式Leaming-Bargajning博弈學(xué)習(xí)算法。各個用戶在二維空間中根據(jù)該算法自主的決定通信的頻譜和時間。對每個用戶而言，它們的行為從時間和頻譜的角度都是自己的效用盡量最大化；而對整個系統(tǒng)而言，所有用戶的行為構(gòu)成一個高效有序的通信過程。這種分布式的算法可以靈活應(yīng)用到多

5、種環(huán)境下，而不用增加一個中心控制器，此外，通過時間復(fù)雜度的分析，我們進(jìn)一步證明了分布式博弈算法相對與集中式算法性能上的優(yōu)越。 3.我們考慮了認(rèn)知無線電通信中一種普遍出現(xiàn)的情況，即正在通信的用戶和新到的用戶之間對頻譜資源的競爭。我們用Chain-store博弈建模，用市場競爭中的壟斷企業(yè)和新興企業(yè)來描述通信資源競爭中的兩類用戶。此外，我們引入一種共有信號機(jī)制來協(xié)調(diào)通信用戶之間的行為，使之達(dá)到比Nash均衡性能更優(yōu)的相關(guān)均衡。