文档介绍：南京邮电大学
硕士学位论文
认知无线电中基于博弈论的动态频谱分配的研究
姓名:周爱方
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:朱琦
20100329
摘要关键词:认知无线电,频谱分配,博弈论,纳什均衡,竞价机制认知无线电技术篊的出现,为解决频谱资源不足、实现频谱动态管理以及提高频谱利用率等问题,提供了一条新思路。博弈论是一种依靠严谨的数学模型,来解决现实世界中决策主体之间相互利益竞争的工具。博弈的目的,就是为了寻求一个能实现整体最优的最佳策略组合此降哪墒簿,从而使每个参与者的策略都是对其他参与者策略的最优反应。本论文采用博弈论的方法,来分析研究认知无线电系统中的频谱分配问题。论文首先研究了一种基于代价的频谱分配方法,主要考虑了认知无线电场景中多个次用户欲共享主用户的频谱时的问题,该方法中次用户之间不存在竞价。该问题可视为垄断的市场竞争的问题,论文建立了相应的┺哪P鸵匝扒蟠斡没У淖钣牌灯追峙浣果,即纳什均衡。在基于代价的频谱分配方法的基础上论文提出了一种新的基于竞价机制的动态频谱分配的方法,建立了相应的博弈模型,并论证了在博弈过程中模型存在纳什均衡且可以通过重复剔除劣势的方法找到唯一的均衡点。这种新的频谱分配方法不仅考虑了认知用户的效用,还着重考虑了主用户市场的收益。在多个次用户欲共享主用户市场频谱的情况下,主用户市场在各个次用户出价的基础上考虑到出租频谱后自身的总收益,为使得主用户市场的总收益最大化,根据主用户市场总收益的多少决定是否出租频谱,或者出租多少频谱给各个次用户。仿真结果表明新的基于竞价机制的频谱分配方法具有快速的收敛性,且与非竞价的方法相比,能够使得主用户市场的收益得到大大的提高。论文最后研究了一种能够使认知用户满足业务需求的分布式动态频谱接入算法。每个认知用户能根据自己的服务质量枨蠛捅镜匦畔⒔蟹植际狡灯籽≡窈凸β实髡在最小化系统干扰水平和业务浣杏行д壑校沟媒峁阌没У囊滴馫要求。仿真结果表明该算法具有很好的收敛性,且能最大程度地满足用户的业务需求,提高了用户的满意度,优化了系统资源。南京邮电大学硕士研究生学位论文
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第一章绪论引言随着无线多媒体应用的增加,无线频谱成为越来越紧缺的资源。有研究结果指出,现有的频谱管理与分配策略是造成频谱资源紧缺的重要原因之一。现有频谱管理机构主要采用固定分配频谱的方法,将无线频谱分配给不同的无线通信系统,即将某一无线频谱块固定指派给某一特定的无线接入网络,这些频谱块大小固定,相互之间间隔一定大小的保护频段,分配给具有执照矢竦牟煌擞I淌褂玫揭欢ǖ钠谙蓿诼笤僦匦轮派。固定分配方式下频谱管理非常简单,但是整体的频谱利用率却相对低下,不适应无线多媒体应用的高速发展。图频谱利用图川如图所示,在很大的无线频谱范围内,实际的使用仅集中在某些有限的频段,而其它许多频谱资源虽然被分配了但是没有得到有效利用。美国联邦通信委员会鞑橄示‘俊舅铮ササ囊逊峙淦灯鬃试粗皇潜慌级加没蛘叩赜蛐哉加谩O匀唬ナ┬的静态频谱分配策略,随着通信技术的飞速发展已经成为了瓶颈。这种频谱利用的不均的情况引导了通信业界研究人员去思考“频谱空穴”样一个崭新的概念【浚即“一个频谱空穴是分配给授权用户的频带,但是,在某一指定时问和空间,在授权用户不占用这一频带的情况下,此频带可以被其他用户使用。”这样,频谱资源的潜在利用率可以南京有邮电大学硕士研究生学位论文
认知无线电技术⑴得到明显提高。认知无线电‘:接入可用频谱。、高效利用无线频谱的主要手段,具有这种认知功能的无线通信设备,可以按照某种“伺机”的方式接入到通信业务很少的已授权的频段内。从而为解决频谱资源不足、实现频谱动态管理以及提高频谱利用率等问题,开创了崭新的局面。认知无线电珻的概念是由博士提出的,他在年发表的一篇学术论文中描述了认知无线电如何通过一种“无线电知识表示语言”的新语言提高个人无线业务的灵活性。认知无线电技术作为软件无线电技术的一个特殊扩展,受到日益广泛的关注。由于该技术能够自动检测无线电环境,调整传输参数,从空间、时间、频率、调制方式等多维度共享无线频谱,可以大幅度提高频谱利用效率㈣【。认知无线电在提高频谱利用率方面的价值引起了各国电信管制机构的兴趣。年,美国联邦通信委员会⒉剂似灯渍咛乇鸸ぷ髯楸ǜ妗】,并于年略诨J⒍成立了认知无线电工作组。在年拢拦刮铀拐倏A艘桓鋈现N尴叩绲难会议,标志着认知无线电技术正式起步。随后美国联邦通信委员会提出了用认知无线电技术辅助实现的开放频谱系统:娑ㄊ谌ㄓ没主用户哂最高的优先级接入频谱,而具有认知功能的非授