認知無線電系統(tǒng)中頻譜共享博弈算法的研究.pdf

1、認知無線電是一種新型的智能無線通信技術，它能夠感知周圍環(huán)境的變化并隨之自適應地調(diào)整系統(tǒng)的工作參數(shù)。它的關鍵技術有頻譜感知、功率控制、動態(tài)頻譜分配等，本文的研究就是針對認知無線電的頻譜共享展開的。
　　博弈論是一種通過建立數(shù)學模型，來幫助決策者分析和選擇決策的有效工具，而認知無線電作為一項可以感知可用頻譜、實時自適應改變自身系統(tǒng)工作參數(shù)來適應無線通信的新興技術，在很多方面都涉及到策略的選擇，頻譜的選擇就是其中的一種策略。
　　

2、本文基于博弈理論，研究了認知無線電的頻譜共享技術，并對算法進行了改進，主要工作如下:
　　(1)研究了次用戶系統(tǒng)博弈下基于價格的頻譜共享問題。次用戶在共享主用戶頻譜時需要向其支付一定的費用，價格是一個很重要的因素。根據(jù)主用戶制定的頻譜價格，各次用戶之間以最大化各自收益為目標，進行頻譜數(shù)量的博弈。已有算法中主用戶的價格函數(shù)沒有代表主用戶意愿的因子。本文增加考慮主用戶共享頻譜的意愿，改進了價格函數(shù)，這里的“意愿”代表了主用戶共享頻譜的

3、積極性。通過引入積極性因子，各次用戶不僅有著不同的價格函數(shù)，而且還可以根據(jù)積極性因子自適應調(diào)整。此外本文還討論了納什均衡的存在性和穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明，頻譜共享不僅由次用戶的信道特性決定，還可根據(jù)主用戶的意愿自適應變化。
　　(2)提出了一種基于供需平衡的認知無線電頻譜共享新算法。該算法根據(jù)供需平衡理論，建立了主用戶和次用戶之間頻譜共享的供需模型，以確定主用戶出售頻譜的價格?？紤]了主用戶的頻譜總帶寬、次用戶終端剩余電量以及主用戶對

4、不同次用戶在頻譜接入中的信任度對頻譜共享的影響，設計了新的次用戶效用函數(shù)和頻譜共享算法。從理論和仿真兩個方面證明了頻譜博弈均衡解的存在性和唯一性。仿真結(jié)果表明，主用戶以均衡價格共享頻譜可獲得最大收益，同時主用戶對次用戶的信任度以及次用戶的剩余電量會直接影響次用戶共享的頻譜數(shù)量。
　　(3)在主用戶和次用戶共享同一頻段的認知無線電系統(tǒng)中，研究了次用戶功率速率的聯(lián)合控制問題。針對已有的干擾溫度模型在降低主用戶受到的干擾方面的不足，本文

5、加強了主用戶在干擾控制中的主觀能動性。在次用戶相互博弈，調(diào)整發(fā)射功率和傳輸速率，降低次用戶之間干擾的同時，主用戶對受到次用戶的干擾進行監(jiān)測，在保證不超過干擾門限的同時，設計了干擾懲罰因子，對其干擾越大的次用戶受到的懲罰越大，進一步合理地分配次用戶的發(fā)射功率，減少對主用戶的干擾。仿真結(jié)果表明，提出的干擾博弈方法能夠降低次用戶的發(fā)射功率，減小對主用戶產(chǎn)生的干擾，提高了主用戶的系統(tǒng)容量。同時，在次用戶網(wǎng)絡內(nèi)，因為發(fā)射功率的降低，次用戶彼此的干

6、擾減小，接收信干比有了一定的改善。
　　(4)分析了認知無線電中的協(xié)作頻譜共享問題。運用協(xié)作博弈中的納什討價還價(Nash Bargaining)方法，對次用戶的效用函數(shù)進行了改進，以最大化所有次用戶的收益乘積為目標，建立了認知無線電系統(tǒng)中頻譜共享的協(xié)作博弈算法，同時引入了次用戶優(yōu)先級參數(shù)。本文證明了在協(xié)作博弈過程中，新的效用函數(shù)存在納什協(xié)商解且該解唯一。仿真結(jié)果表明，改進的協(xié)作博弈算法可以通過參數(shù)的設置來體現(xiàn)次用戶之間的優(yōu)先權，