认知无线电网络中基于博弈论的频谱共享算法研究

论文摘要

认知无线电能够感知、学习外界环境,实时改变系统工作参数,动态检测和有效利用空闲频谱,提高频谱利用效率,解决频谱资源缺乏的问题。频谱共享技术是认知无线电技术的关键技术之一,主要解决在检测到空闲频谱后,次用户如何利用频谱的问题。博弈论可以用来分析具有博弈性质的主次用户之间的频谱共享问题。本文首先阐述了认知无线电的基础知识和博弈理论,在博弈论模型中实现了非合作式频谱共享并得到了纳什均衡解;论文还研究并实现了以最大化总利润为目标的最优化模型,通过对比两者的仿真结果发现最优化模型存在公平性低(只有一个次用户能和主用户共享频谱)的缺点,非合作模型虽然公平性高却存在总利润低的问题;为了综合两者的优点,本文在非合作博弈解的基础上实现了合作式频谱共享,对模型中有两个次用户时的场景进行了仿真。当次用户信道质量分别为11dB,12dB时,仿真结果发现在总利润方面,合作式中比非合作式中提高了12.7%而比最优化中只降低了大约4.2%;在公平性方面,两次用户共享到的频谱大小之比在非合作式中为0.86(5.3:6.1),最优化中为0(0:8.8),而合作式中的0.75(3.7:4.9)明显比最优化中的公平性好。Matlab仿真结果表明,合作模型在公平性和效率性的综合性能方面,要优于非合作模型和最优化模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 认知无线电研究综述
• 1.1.1 认知无线电的提出背景
• 1.1.2 认知无线电的关键技术及其应用
• 1.2 频谱共享技术的国内外研究现状
• 1.3 论文的主要内容与结构安排
• 第2章 认知无线电频谱共享技术
• 2.1 频谱共享技术的分类及共享原则
• 2.1.1 频谱共享的三种分类方法
• 2.1.2 频谱共享的原则
• 2.2 频谱共享的常用模型
• 2.2.1 基于图论的频谱共享模型
• 2.2.2 基于定价拍卖的频谱共享模型
• 2.2.3 基于博弈论的频谱共享模型
• 2.3 小结
• 第3章 博弈论
• 3.1 博弈论概述
• 3.1.1 博弈论的定义
• 3.1.2 博弈论的发展及应用
• 3.1.3 博弈论的分类
• 3.2 非合作博弈
• 3.2.1 纳什均衡
• 3.2.2 纳什均衡的求解
• 3.3 合作博弈
• 3.4 认知无线电中的博弈论模型
• 3.5 小结
• 第4章 基于博弈论的频谱共享算法研究
• 4.1 系统模型
• 4.1.1 场景假设
• 4.1.2 模型中的主用户和次用户
• 4.1.3 无线传输模型
• 4.1.4 频谱共享与博弈论的结合
• 4.2 频谱共享的非合作博弈模型
• 4.2.1 静态博弈
• 4.2.2 动态模型
• 4.3 最优化频谱共享模型
• 4.4 非合作博弈与最优化模型的仿真分析
• 4.4.1 参数设置
• 4.4.2 仿真结果
• 4.5 频谱共享的合作博弈模型
• 4.5.1 合作式频谱共享模型
• 4.5.2 合作式模型中存在的不稳定性
• 4.5.3 合作式模型中不稳定性的避免
• 4.6 合作博弈模型的仿真分析
• 4.6.1 各个次用户的利润
• 4.6.2 次用户总利润
• 4.6.3 惩罚因子
• 4.7 多个次用户的合作式共享
• 4.7.1 新加入一个次用户时的均衡点
• 4.7.2 新加入的次用户退出后的均衡点
• 4.7.3 分析对比
• 4.8 小结
• 第5章 总结
• 5.1 全文总结
• 5.2 下一步工作
• 致谢
• 参考文献