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研究认知无线电频谱共享的博弈论方法

作　者: 周黎辉
导　师: 邵玉斌
学　校: 昆明理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 认知无线电博弈论频谱共享纳什均衡需求价格
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着无线通信业务不断扩展,固定频谱分配机制下的频谱资源已经无法满足其需求。CR技术是一种能感知无线频谱环境,即在时域、频域和空域中搜索闲置频谱,充分利用有限频谱资源的通信技术。利用CR技术即提高了授权频段的频谱利用率,也缓解了非授权频段的拥挤窘况,优化了整体频谱的资源分配状况。频谱共享涉及到多个参与者——认知用户的利益问题。这些认知用户者之间互相影响、互相牵制。博弈论为分析那些涉及多个参与者且其决策会影响相互之间利益的局势提供了一般的数学方法。因此利用博弈论的方法来研究用户之间的频谱共享问题是一种有效的途径。本文建立了一种基于市场均衡的频谱共享模型,将次级用户和主用户之间的频谱共享关系看成经济市场中的商品供需关系,次级用户竞争租赁主用户的空闲频谱。根据纳什均衡存在的约束条件建立了次级用户的效益函数,某个次级用户的频谱需求受其他次级用户需求和主用户价格影响。而主用户从自身频谱的需求和空闲频谱利用率两方面综合考虑,建立基于自我约束机制的效益函数,确保主用户确定的价格能使得次级用户的频谱需求总和等于主用户系统的空闲频谱大小。数值分析表明,该模型能有效解决次级用户和主用户的频谱共享问题,实现频谱市场的供需平衡。考虑到认知网络的实际情况,即次级用户之间信息的非透明性,建立了基于价格的分布式动态频谱共享模型,次级用户可以不断改变频谱需求的大小,并根据反馈的频谱效益信息来调整自己的策略,使得策略不断接近使自身效益最大化的最优策略。仿真结果说明,在一定的调整区域内,分布式动态算法能够很快的达到收敛状态。数值分析结果也表明纳什均衡是静态博弈和动态博弈都希望达到的一种均衡解,是频谱共享达到的一种稳定状态。由于处于竞争的次级用户的自私性,导致整体利益不能达到最大化,因此建立了基于联盟的主用户和次级用户合作频谱共享方案。分析表明,较非合作方案而言,基于合作的频谱共享策略使得系统整体利益得到了提高。且通过合作风险分析,表明该模型确定的定价方式可以约束次级用户之间保持合作。

研究认知无线电频谱共享的博弈论方法

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