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认知无线电中基于博弈论的频谱共享技术研究

作　者: 刘小洋
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 纳什均衡 频谱接入 频谱共享
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


由于最近几十年的无线通信技术的快速发展,对无线频谱资源的需求变得十分强烈,但是由于固定的频谱分配政策使得频谱利用率不是很高,而无线频谱是一种不可再生的资源,认知无线电(Cognitive Radio,CR)是近些年提出来的一种新型无线通信技术,它能够利用次级用户的频谱感知功能,动态自适应的利用空闲频谱资源,于是认知无线电应运而生并得到很快的发展。最近发展起来的动态频谱接入技术、频谱共享等相关技术能够有效的解决低频谱利用率的问题。博弈论(Game Theory)也称为对策论,它是应用数学的一个分支,也是运筹学的一个重要学科。博弈论在具有竞争性质和决策选择等问题上能够发挥其重要作用。在无线通信系统中,广泛存在着通信用户对有限的频谱资源的竞争,因而博弈论能够很好的应用到无线通信系统中。本文针对频谱共享中的动态频谱接入问题给出了自我学习的重复博弈算法,运用连续时间的马尔科夫链(CTMC)研究了动态频谱接入,在CTMC的基础上,运用自我学习的重复博弈模型对频谱接入技术进行了性能分析。针对多个次级用户竞争的频谱共享,本文建立了动态的博弈模型,即：次级用户可以根据需求的频谱大小反复调整自己的策略。本文同时研究了频谱共享的局部和全局的稳定性能。建立了静态和动态的博弈模型,运用纳什均衡分析了静态和动态的博弈模型,静态的和动态的博弈模型对下一代认知无线电系统将是十分有用的。数值分析结果说明,自我学习算法能够很快的达到收敛,增强了博弈效率；在动态频谱接入网络中次级用户间的相互合作是特别有益的。对于多个次级用户竞争的频谱共享问题,数值分析结果表明纳什均衡解是静态博弈和动态博弈都希望达到的一种均衡解；数值分析结果同时显示了由于学习速率的变化和信道质量的变化会产生不稳定结果。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
缩略语  9-10
符号说明  10-11
第一章 绪论  11-22
  1.1 认知无线电综述  11-17
    1.1.1 认知无线电产生的历史和背景  11-12
    1.1.2 认知无线电的定义和模型  12-14
    1.1.3 认知无线电的基本物理机构  14-16
    1.1.4 认知无线电的能力  16-17
    1.1.5 认知无线电研究的主要问题  17
  1.2 频谱共享  17-20
    1.2.1 频谱共享的研究现状  17-19
    1.2.2 频谱共享的分类  19-20
    1.2.3 频谱共享的基本模型  20
  1.3 本文主要工作  20-21
  1.4 全文结构安排  21-22
第二章 博弈论及其在频谱共享中的应用  22-33
  2.1 博弈论概述  22-23
  2.2 博弈论的分类  23-26
  2.3 纳什均衡的分析和求解  26-29
    2.3.1 纳什均衡的分析  26-27
    2.3.2 纳什均衡的存在性  27-28
    2.3.3 纳什均衡的应用举例  28-29
  2.4 博弈论在频谱共享中的应用  29-32
    2.4.1 基于博弈论的频谱共享的数学模型  29-30
    2.4.2 基于博弈论的动态频谱接入技术  30-31
    2.4.3 基于垄断市场博弈模型的竞争频谱共享  31-32
  2.5 本章小结  32-33
第三章 频谱共享的博弈论分析  33-41
  3.1 博弈论分析频谱共享的原理  33
  3.2 频谱共享中的动态频谱接入技术  33-38
    3.2.1 基于博弈论的非合作动态频谱接入  36-37
    3.2.2 基于博弈论的合作动态频谱接入  37-38
  3.3 博弈论的机制设计方法  38-39
  3.4 基于博弈论的多个次级用户竞争频谱资源的模型  39-40
  3.5 本章小结  40-41
第四章 基于重复博弈的动态频谱共享  41-57
  4.1 频谱接入的系统模型  41-47
  4.2 自我学习的重复博弈模型  47-52
    4.2.1 集中最优动态频谱接入  47-49
    4.2.2 频谱接入博弈和纳什均衡  49-50
    4.2.3 自我学习的重复博弈模型  50-52
  4.3 数值性能分析  52-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章 基于垄断市场博弈模型的竞争频谱共享  57-73
  5.1 频谱共享的系统模型  57-58
  5.2 模型和假设  58-59
    5.2.1 主用户和次级用户  58
    5.2.2 频谱共享的无线传输模型  58
    5.2.3 垄断市场竞争和非合作博弈  58-59
  5.3 频谱共享的非合作博弈模型  59-65
    5.3.1 静态博弈  59-60
    5.3.2 动态博弈  60-65
  5.4 数值结果分析与性能估计  65-72
    5.4.1 参数设置  65
    5.4.2 最优响应和纳什均衡  65-68
    5.4.3 分布式的动态频谱共享  68-71
    5.4.4 归纳分析  71-72
  5.5 本章小结  72-73
第六章 总结  73-75
  6.1 本文的总结  73-74
  6.2 未来工作的展望  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-80
附录A:攻读硕士学位期间发表论文目录  80-81
附录B:攻读硕士学位期间参与的项目  81

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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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