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基于博弈论的功率控制算法研究

作　者: 秦雪
导　师: 郭滨
学　校: 长春理工大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 认知无线电功率控制博弈论纳什均衡
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

在信息化加速推进的当今时代,对于无线通信种类的应用,如移动电话、数字电视、卫星服务、无线低功耗消费设备等,已体现在人们生活和工作的各个方面。由于各领域无线通信需求的日益增长,造成一些频段的频谱趋于饱和,越来越多用户以无线方式接入网络(Wi-Fi),移动互联网、物联网等新一代信息技术的发展也对频谱资源提出新需求。所以,世界上宝贵的无线电频谱资源已经呈现紧缺状态。然而,认知无线电作为实现动态分布无线资源管理的技术,可以从时间和空间频谱复用方面,允许未经授权的无线通信设备智能检测和有效利用授权频段上空闲的频谱资源。功率控制技术,首先可以减少系统内用户的相互干扰,其次,使系统容量最大化,可以接纳更多的用户进行高效通信,这种系统优化技术完全适宜应用在认知无线电系统中。这样可以来解决认知系统中认知用户之间的干扰以及认知用户对授权用户的干扰,从而使频谱高效服务于用户,解决频谱资源紧缺状态。本文从认知无线电技术性质出发,以分布式认知无线电网络为背景,基于博弈论的相关知识,介绍并研究了认知无线电网络中的主要功率控制算法,分析了算法的优势与不足,并提出一种新的功率控制算法。该算法基于认知无线电网络中功率控制技术的性质,建立了一个基于代价因素的分布式功率控制非合作博弈模型,提出一个新的效用函数。并基于博弈模型的纳什均衡证明了该效用函数有唯一解。在此基础上,采用一个用于认知无线电网络中功率控制的迭代算法并证明了该算法的收敛性,并结合无线电通信中的相关参数对算法进行了系统仿真。仿真结果验证了本算法的可行性和优越性,表明该算法不仅可以满足系统的SIR要求,更可以使认知用户的功率发射值迭代收敛至一个平衡水平。同时,相较于其它算法,本算法在降低功率的同时也可保证系统公平性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章绪论  8-12
  1.1 论文研究背景与意义  8-9
  1.2 认知无线电技术的发展概况  9-10
  1.3 论文研究内容及章节安排  10-12
第2章认知无线电及相关技术介绍  12-19
  2.1 认知无线电含义  12
  2.2 认知无线电关键技术  12-15
    2.2.1 频谱感知(检测)技术  13-15
    2.2.2 频谱分配技术  15
    2.2.3 功率控制技术  15
  2.3 功率控制技术的分类  15-17
    2.3.1 集中式(中心式)功率控制结构和分布式功率控制结构  15-17
    2.3.2 上行链路控制和下行链路控制  17
    2.3.3 开环功率控制和闭环功率控制  17
  2.4 本章小结  17-19
第3章基于博弈论的功率控制模型  19-36
  3.1 博弈论概念  19-20
    3.1.1 博弈论的基本结构  19-20
  3.2 博弈的分类  20-23
    3.2.1 博弈数学逻辑分析——纳什均衡  21-22
    3.2.2 重要的博弈模型  22-23
  3.3 认知无线电博弈模型分析  23-25
    3.3.1 博弈分析流程  23-24
    3.3.2 功率控制博弈模型  24-25
  3.4 非合作博弈功率控制算法  25-35
    3.4.1 效用函数简介  25-27
    3.4.2 非合作博弈功率控制算法(NPG)  27-29
    3.4.3 加入定价函数的博弈功率控制算法(NPGP)  29-30
    3.4.5 最小发射功率的计算  30-31
    3.4.6 K-G算法与SIR平衡算法  31-33
    3.4.7 算法的仿真分析  33-35
  3.5 本章小结  35-36
第4章改进的博弈功率控制模型  36-44
  4.1 系统描述  36-39
    4.1.1 系统模型  36-37
    4.1.2 约束条件  37
    4.1.3 问题建模  37
    4.1.4 算法设计思路  37-39
  4.2 纳什均衡解的理论证明  39-40
    4.2.1 功率控制算法迭代过程  40
  4.3 仿真结果分析  40-43
  4.4 本章小结  43-44
第5章总结与展望  44-45
参考文献  45-48
致谢  48

基于博弈论的功率控制算法研究

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