基于博弈论的认知无线电功率控制技术研究

论文摘要

近年来，人们生活和社会发展对无线通信的依存度日益增长，促使无线通信技术飞速发展。然而，频率是一种自然资源，现有的静态频谱分配方式造成待分配资源不断匮乏、授权频段利用率较低。近年出现的认知无线电新技术无需使用未分配频谱，而通过对无线环境的感知，占用频谱空穴通信，提高频谱利用率，被认为是解决上述矛盾的最佳技术。功率控制技术是认知无线电的关键技术之一。合理控制认知用户发射功率，可以既保证授权用户的正常通信，又满足认知无线系统的通信需求。本文研究了基于博弈论认知模型的分布式功率控制问题，确保通信效率优先，兼顾用户间公平，以达到发射功率的较好优化。本文主要工作和创新点如下：首先，基于Goodman提出的非合作博弈功率控制模型，改进了代价函数，提出一种适用于认知无线系统的功率控制博弈算法，并证明其纳什均衡的存在性与唯一性。通过仿真表明，本文提出的算法同几种经典的分布式功率控制算法相比，不但降低了发送功率，提高了用户效用，而且有较好的收敛性能，适用于对时延特性要求较高的认知无线电系统。其次，基于联盟博弈认知模型，提出了一种效率占优的联盟博弈功率控制算法，证明了结盟算法的稳定性和存在性。该算法分为三个步骤，分别完成减小结盟计算复杂度、使用融合分裂准则稳定结盟和高效功率控制。仿真结果表明，本文提出的算法不仅减小了算法复杂度，降低了发射功率，而且延长了用户在网时间获得较高的吞吐量。论文最后对本文工作进行了总结，对研究的领域进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语
• 第一章 绪论
• 1.1 认知无线电概述
• 1.1.1 认知无线电产生的背景
• 1.1.2 认知无线电的基本概念和发展概况
• 1.1.3 认知无线电的应用
• 1.1.4 认知无线电的关键技术
• 1.2 博弈论简介
• 1.2.1 博弈论的形成与发展
• 1.2.2 博弈论的模型和分类
• 1.2.3 博弈论的数学理论
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 论文的主要内容和工作安排
• 第二章 认知无线电中的功率控制技术
• 2.1 功率控制技术的分类
• 2.1.1 前向与反向功率控制
• 2.1.2 集中式与分布式功率控制
• 2.1.3 开环与闭环功率控制
• 2.2 认知无线电中的功率控制技术
• 2.2.1 集中式功率控制技术
• 2.2.2 分布式功率控制技术
• 2.3 本章小结
• 第三章 非合作博弈认知模型的功率控制算法研究
• 3.1 非合作博弈的认知模型分析
• 3.1.1 认知无线电的博弈论分析流程
• 3.1.2 认知无线电功率控制博弈模型
• 3.1.3 博弈中收益函数的特性
• 3.2 基于非合作博弈的功率控制算法模型
• 3.2.1 非合作功率控制博弈模型
• 3.2.2 考虑代价函数的非合作功率控制博弈模型
• 3.3 基于信干噪比代价函数的非合作功率控制博弈
• 3.4 算法性能仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 联盟博弈认知模型的功率控制算法研究
• 4.1 基于联盟博弈的认知模型分析
• 4.1.1 大联盟博弈模型
• 4.1.2 联盟形成博弈模型
• 4.1.3 联盟节点图博弈模型
• 4.2 Merge & Split 算法在联盟形成博弈中的应用
• 4.2.1 系统模型
• 4.2.2 动态联盟博弈中的融合分裂算法
• 4.3 效率占优的联盟博弈功率控制算法
• 4.4 算法性能仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 论文的主要工作与贡献
• 5.2 今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与的项目