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基于博弈论的认知无线电网络频谱资源共享研究

作　者: 王小成
导　师: 关新平
学　校: 燕山大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 认知无线电网络 博弈论 频谱共享 频谱租借 功率控制
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 2次
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内容摘要


随着无线通信技术的快速发展，无线用户数量和无线业务逐渐增加，有限的频谱资源显得日益匮乏。认知无线电作为一种新兴的技术，通过对资源的优化配置，以提高频谱的利用率。认知无线电的频谱共享技术是实现资源优化配置的重要保障。在合作认知无线电网络中，频谱租借作为频谱共享的方法之一，构造了授权用户和认知用户之间的博弈关系，使得博弈论成为了一种非常有效的数学工具。本文首先提出了一种基于CDMA的认知无线电网络的功率分配机制，使得认知用户在授权用户存在的情况下，也能以underlay的方式访问频谱。由于认知用户的信息传输会对授权用户造成干扰，通过设定传输功率价格的方式来约束认知用户的功率，对授权用户的服务质量进行保护。仿真结果表明，所设计的频谱共享机制显著地提升了授权用户和认知用户的效益。其次，为了消除underlay频谱共享机制带来的干扰问题，本章借助频谱租借机制，同时引入定价的思想，实现了授权用户的频谱和认知用户功率的交换。由于授权用户和认知用户在合作认知无线电网络中的博弈行为，把频谱租借机制建模成一个Stackelberg博弈问题进行优化求解。同时对中继选择和接纳控制问题进行考虑，实现了频谱资源的均衡合理分配。最后，为了进一步保证频谱资源分配的公平性，同时考虑授权用户和认知用户的效益，借助纳什议价的思想建模了一个授权用户和认知用户的合作博弈机制。此外，考虑到认知用户间的非合作关系，在认知用户之间建模了一个非合作博弈。通过对两个博弈的求解，得到了授权用户频谱租借时间和认知用户费用支付的最优策略。仿真结果表明，基于纳什议价的频谱租借机制不仅使得频谱资源的分配更加公平合理，而且显著提升了授权用户和认知用户的性能。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 研究现状  11-15
    1.2.1 认知无线电网络的频谱资源共享  11-13
    1.2.2 基于博弈论的认知无线电网络频谱资源共享  13-15
  1.3 本文研究动机  15-16
    1.3.1 基于定价的认知无线电网络频谱共享  15
    1.3.2 基于 Stackelberg 博弈的认知无线电网络频谱租借  15-16
    1.3.3 基于 NBS 的认知无线电网络频谱租借  16
  1.4 本文结构安排  16-18
第2章 基于定价的认知无线电网络频谱共享  18-26
  2.1 引言  18
  2.2 频谱共享的系统模型和效益函数构造  18-20
  2.3 博弈分析  20-23
    2.3.1 认知用户的博弈分析  20-22
    2.3.2 主用户的博弈分析  22-23
  2.4 数值仿真  23-25
  2.5 本章小结  25-26
第3章 基于 Stackelberg 博弈的认知无线电网络频谱租借  26-44
  3.1 引言  26
  3.2 认知无线电网络的频谱租借模型  26-27
  3.3 优化问题的描述  27-31
    3.3.1 Stackelberg 博弈阐述  28-30
    3.3.2 博弈均衡解  30-31
  3.4 博弈分析  31-36
    3.4.1 认知用户策略的优化  31-33
    3.4.2 主用户策略的优化  33-36
  3.5 执行协议  36-38
    3.5.1 中继选择和接纳控制  36-37
    3.5.2 算法实现  37-38
  3.6 数值算例  38-43
    3.6.1 中继选择和接纳控制的有效性  38-39
    3.6.2 认知用户的性能分析  39-40
    3.6.3 PR 的位置对主用户和认知用户的性能影响  40-42
    3.6.4 损耗权值ω 2对系统性能的影响  42-43
  3.7 本章小结  43-44
第4章 基于 NBS 的认知无线电网络频谱租借  44-61
  4.1 引言  44
  4.2 系统模型  44-47
  4.3 效益函数的定义  47-48
    4.3.1 主用户的效益函数  47
    4.3.2 认知网络的效益函数  47-48
  4.4 博弈论分析  48-55
    4.4.1 认知用户的策略分析  48-51
    4.4.2 主用户的策略分析  51-52
    4.4.3 NBS 的基础知识  52-53
    4.4.4 基于 NBS 的问题优化求解  53-55
  4.5 中继选择和执行协议  55-57
    4.5.1 中继选择算法  55-56
    4.5.2 执行协议和信息交换  56-57
  4.6 仿真结果  57-60
  4.7 本章小结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-68
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  68-69
致谢  69-70
作者简介  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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