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基于博弈论的动态频谱共享算法研究

作　者: 高丽
导　师: 穆晓敏
学　校: 郑州大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 认知无线电 频谱共享 博弈论 干扰协调 接入控制
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


认知无线电技术具有感知无线通信环境的能力,能够使用授权用户在时间、空间和频率上未使用的空闲无线资源,实现对异构网络环境下无线频谱资源的高效利用,从而缓解频谱资源紧张的局面。频谱共享主要解决在感知完空闲频带后,认知用户与主用户之间以及认知用户之间如何协调利用空闲频带的问题,是认知无线电网络中的关键技术之一。博弈论是研究在竞争情形下决策主体之间的策略对抗或者对策选择问题,而在认知无线电的频谱共享中,包括频谱资源的分配、功率控制等都是关于策略的选择问题,因此将博弈论的知识引进到认知无线电中,可以有效地分析频谱共享问题。所以,本文基于博弈论模型,针对认知无线电系统中的频谱共享问题作了进一步的研究和分析。论文的主要内容如下：1、研究了认知无线电网络中不同系统模型下基于非合作博弈和合作博弈的频谱共享问题,并通过理论推导证明了纳什均衡解及纳什议价解的存在性和唯一性。2、提出了一种基于干扰协调的非合作频谱共享算法,利用潜在博弈理论,构造了新的效用函数和潜在函数。改进的效用函数,同时考虑了系统的干扰量和吞吐量,使得认知用户能够选择合适的策略在不过分损失自身传输速率的同时减少用户之间的干扰,并证明了纳什均衡点的存在性和唯一性。仿真结果显示,本文提出的算法,在最小化干扰的同时提高了系统中认知用户的总吞吐量,提升了系统的总体性能。3、提出了一种基于合作博弈的频谱共享和接入控制的联合算法。在频谱分配过程中,考虑了认知用户的最小服务质量需求,以及认知用户可能存在的夸大其频谱需求的行为。在接入控制机制中,引入了一个惩罚函数迫使认识用户按照其实际需求竞争频谱资源。仿真结果表明,本文提议算法,在最大化认知用户总体收益的同时具有较高的公平性,接入控制机制,不仅保证了满足认知用户的最小服务质量需求,同时也可以阻止认知用户夸大自己的速率需求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-18
  1.1 认知无线电概述  10-13
    1.1.1 认知无线电的研究背景  10-11
    1.1.2 认知无线电的定义  11-12
    1.1.3 认知无线电的关键技术  12-13
  1.2 频谱共享的分类  13-14
  1.3 频谱共享技术的国内外研究现状  14-17
  1.4 本文章节安排  17-18
2 博弈论及其在频谱共享中的应用  18-35
  2.1 博弈论的概念及分类  18-19
    2.1.1 博弈论的基本概念  18
    2.1.2 博弈论的分类  18-19
  2.2 非合作博弈  19-21
    2.2.1 纳什均衡的定义  19-21
    2.2.2 纳什均衡的求解  21
  2.3 合作博弈  21-22
    2.3.1 合作博弈的定义  21-22
    2.3.2 纳什议价解的定义  22
    2.3.3 纳什议价解的求解  22
  2.4 常用的博弈模型  22-24
  2.5 频谱共享的博弈分析  24-34
    2.5.1 博弈论应用于频谱共享的可行性分析  24
    2.5.2 博弈论分析问题的步骤  24-25
    2.5.3 博弈论在频谱共享中的应用  25-34
  2.6 本章小结  34-35
3 基于干扰协调的非合作频谱共享算法  35-49
  3.1 引言  35
  3.2 系统模型和博弈分析  35-37
    3.2.1 系统模型  35-37
    3.2.2 博弈分析  37
  3.3 基于干扰协调的频谱共享算法  37-41
    3.3.1 新的效用函数和潜在函数  37-38
    3.3.2 博弈问题描述  38
    3.3.3 纳什均衡解的存在性和唯一性证明  38-41
  3.4 博弈算法的步骤  41-42
  3.5 仿真结果与分析  42-48
  3.6 本章小结  48-49
4 基于合作博弈的频谱共享和接入控制的联合算法  49-63
  4.1 引言  49
  4.2 系统模型和优化问题  49-54
    4.2.1 本文提议的合作频谱共享模型  49-52
    4.2.2 博弈问题描述  52
    4.2.3 纳什议价解  52-54
  4.3 频谱共享和接入控制的联合算法  54-55
  4.4 仿真结果与分析  55-62
    4.4.1 合作博弈的性能分析  55-59
    4.4.2 惩罚函数的性能  59-60
    4.4.3 加入接入控制机制后,系统性能分析  60-62
  4.5 本章小结  62-63
5 论文总结与展望  63-65
  5.1 总结  63-64
  5.2 展望  64-65
参考文献  65-69
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  69-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 无线电中继通信、微波通信
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