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基于博弈论的认知无线电网络频谱共享算法研究

作　者: 蒋立强
导　师: 蒋体钢
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 认知无线电频谱共享纳什均衡演化均衡
分类号: F224.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

认知无线网络(cognitive radio network,CRN),是目前通信技术的前沿领域之一,其具有的高度智能性与自适应能力可以显著提高现有固定分配频谱的利用率。尽管各项研究工作都还处于起步阶段,但其所具有的巨大潜力吸引着各国的大学和研究机构投入大量的资源做深入研究,并相继取得了许多有意义的成果。本文采用博弈论的分析方法来研究具有多主用户、多从用户的认知无线电网络场景下系统动态频谱分配问题。认知网络中,从用户使用主用户空闲频谱完成数据传输,满足自身业务的需求;主用户通过出让空闲频谱获取效益,即提高授权频段使用率。主从用户都采取自私的策略以期望自身获得的利润最大化,其中从用户为了获取最大的利润,根据多个主用户提供的频谱价格、大小等信息动态调整频谱购买策略;对主用户而言,则根据从用户对频谱的需求情况,动态调整频谱出让价格策略以获得最大的利润(利用率)。根据现实认知网络场景,本文将处于同一地理区域内具有相似信道状态的用户划分为同一个用户组群,处于同一组群内的用户可以共享必要的公共信息(如通过基站或者AP组成的集中式控制模式),同一组群内的用户以本组群用户平均利润为策略调整标准。针对不同的用户特性,本文在分析传统博弈论模型局限性的基础上,通过建立演化博弈模型分析了从用户之间频谱购买策略的动态演化过程,采用复制动态方程求解博弈的演化均衡解并分析在非完全理性条件下,系统随机错误对博弈过程的影响;通过非合作博弈模型,分析了主用户之间动态策略调整过程,并提出一种迭代算法来计算博弈的纳什均衡价格。本文通过建立多个博弈模型,详细的分析了具有多主用户、多从用户场景下认知网络动态频谱分配问题,通过仿真分析系统达到稳定的演化轨迹,并分析了相关参数对用户策略选择的影响。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章引言  12-17
  1.1 认知无线电研究综述  12-16
    1.1.1 认知无线电提出背景及意义  12-13
    1.1.2 认知无线电关键技术与应用  13-15
    1.1.3 国内外研究现状  15-16
  1.2 论文章节安排  16-17
第二章认知无线电频谱共享技术  17-24
  2.1 频谱共享的分类  17-18
  2.2 频谱共享的目标  18-19
  2.3 频谱共享模型  19-23
    2.3.1 基于图论的频谱分配模型  19-21
    2.3.2 基于竞价拍卖的频谱分配  21
    2.3.3 基于博弈论的频谱分配模型  21-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章博弈论原理及其应用分析  24-35
  3.1 博弈论概述  24-28
    3.1.1 博弈论定义  24-25
    3.1.2 博弈论的发展与应用  25-27
    3.1.3 博弈论的分类  27
    3.1.4 博弈论的分析基础与求解  27-28
  3.2 演化博弈论  28-30
    3.2.1 演化博弈论的产生及发展  28-29
    3.2.2 演化博弈论的特征  29-30
    3.2.3 演化均衡  30
  3.3 超模博弈  30-32
    3.3.1 超模博弈的产生与应用  30-31
    3.3.2 超模博弈定义及其Nash 均衡  31-32
  3.4 认知无线电中的博弈模型  32-34
  3.5 本章小结  34-35
第四章基于博弈论的频谱共享算法研究  35-48
  4.1 频谱共享分配模型设计  35-38
    4.1.1 应用场景假设  35-38
    4.1.2 无线系统传输模型  38
    4.1.3 利润函数  38
  4.2 从用户间演化博弈模型设计  38-45
    4.2.1 复制动态模型设计  40-41
    4.2.2 随机错误模型设计  41-43
    4.2.3 局部最优演化过程实现  43-44
    4.2.4 多目标最优演化过程实现  44-45
  4.3 主用户间非合作博弈模型设计  45-47
    4.3.1 频谱价格博弈模型  45-46
    4.3.2 纳什均衡价格迭代算法  46-47
  4.4 本章小结  47-48
第五章算法求解与仿真分析  48-59
  5.1 算法求解  48-52
    5.1.1 复制动态模型求解及稳定性分析  48-49
    5.1.2 随机错误模型求解  49-50
    5.1.3 纳什均衡价格及存在唯一性分析  50-51
    5.1.4 迭代算法稳定性分析  51-52
  5.2 模型仿真分析  52-58
    5.2.1 参数设置  52
    5.2.2 复制动态模型演化均衡解仿真分析  52-55
    5.2.3 随机错误模型仿真分析  55-56
    5.2.4 主用户纳什均衡价格存在唯一性分析  56
    5.2.5 迭代算法计算主用户均衡价格  56-58
  5.3 本章小结  58-59
第六章总结  59-61
  6.1 论文主要工作总结  59-60
  6.2 可能存在的问题及后续工作展望  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
攻读硕士学位期间的研究成果  65-66

基于博弈论的认知无线电网络频谱共享算法研究

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