认知无线电网络中的动态频谱分配与共享

论文摘要

在无线网络中,能量和带宽的稀缺严重地限制了服务质量和信道容量的显著提高,而这些是通信的基本资源。近年来,出现了像认知无线电网络的通信网络术语,她能智能地、有效地利用这些稀缺资源。认知无线电建立在软件无线电之上,是一种智能地无线通信系统。随着这个新技术的发展和带来的挑战,怎样设计频谱分配与共享方案变得十分重要。在认知无线电网络中,本文考虑多个主系统以频谱需求竞争向次级系统租借频谱的频谱共享问题,而次级系统以机会方式使用该频谱。将此视为垄断市场的竞争问题,提出了一个频谱买卖的市场模型,每个主系统在服务质量(QoS)限制条件下,最大化自身的利益。对于次级系统而言,利用效用函数来获得逆需求函数。Cournot博弈的解为纳什均衡。在有些认知无线电系统中,Cournot博弈模型中的假设并不合理,因此采用分布式算法得出了动态博弈的解,分布式算法是主系统基于观察历史策略来逐渐的调整自己的策略。学习速率控制了策略的调整速度。研究了动态博弈的稳定条件,数值结果表明动态博弈的解在稳定区域内能收敛到纳什均衡解。提出了Stackelberg动态博弈算法,子博弈精炼纳什均衡是Stackelberg博弈的解,对Cournot博弈算法和Stackelberg博弈算法作了比较。不管怎样,纳什均衡与子博弈精炼纳什均衡都不能使主系统总的效应达到最大。而最优解能使主系统总的效应达到最大值。主系统之间建立合作,他们获得的效用大于达到子博弈精炼纳什均衡时获得的效用。因为有些主系统可能偏离最优解,所以引入了惩罚机制。对于重复博弈,所有主系统都知道惩罚机制,所以只要设定合适的贴现因子,主系统之间的合作就会长期维持下去。数值分析结果表明这些算法能改进主系统的效用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 认知无线电综述
• 1.1.1 认知无线电的定义及模型
• 1.1.2 认知无线电的国内外研究现状
• 1.2 认知无线电的关键技术
• 1.2.1 频谱检测
• 1.2.2 频谱管理
• 1.2.3 频谱共享
• 1.3 本文主要工作和创新点
• 1.4 论文结构和内容安排
• 第二章 认知无线电中的博弈理论简述
• 2.1 博弈论综述
• 2.2 非合作博弈
• 2.2.1 非合作博弈的概念
• 2.2.2 非合作博弈的分类
• 2.2.3 均衡的分析与求解
• 2.3 常用博弈模型的介绍
• 2.3.1 Cournot博弈模型
• 2.3.2 Stackelberg博弈模型
• 2.3.3 帕累托最优
• 2.3.4 重复博弈
• 2.4 本章小结
• 第三章 频谱共享的系统模型及算法设计
• 3.1 频谱共享的博弈论分析
• 3.1.1 频谱共享的博弈论分析的可行性
• 3.1.2 频谱共享博弈的数学模型
• 3.2 频谱共享的无线传输模型
• 3.3 频谱共享的博弈算法设计
• 3.3.1 基于Cournot博弈模型的静态博弈算法
• 3.3.2 基于Cournot博弈模型的动态博弈算法
• 3.4 算法性能分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 频谱共享的动态算法设计
• 4.1 频谱共享的Stackelberg博弈算法
• 4.1.1 Stackelberg博弈模型
• 4.1.2 Stackelberg博弈的具体步骤
• 4.2 Stackelberg博弈算法性能分析
• 4.3 帕累托最优
• 4.3.1 帕累托最优博弈算法模型
• 4.3.2 帕累托最优博弈算法的不稳定性分析
• 4.4 无限重复博弈算法
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结及展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 未来展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录