基于认知无线电的频谱共享算法研究

论文摘要

随着无线网络和无线业务的激增，频谱稀缺正成为无线网络及业务发展的一个瓶颈，认知无线电是一项有广泛前景的新兴技术，在主用户和次用户共存的频谱环境中，利用该技术能让主次用户通过频谱贡享有效的提高频谱效率。动态频谱租赁(Dynamic Spectrum Leasing)作为一种新的频谱共享方法能够极大的提高频谱效率，同时又能促进频谱市场更灵活的业务类型的发展。和以前大部分频谱共享方法不同的是在动态频谱租赁模型架构下，主用户能够主动的控制次用户在授权频段内的活动。在认知网络中，主用户和次用户之间通过合作能够显著提高整个系统(包括主用户系统和次用户系统)的性能，据此本论文将重点研究主用户和次用户之间通过合作的频谱租赁模型，主用户通过租让其频段或部分频段给次用户使用一段时间以换取次用户的合作。在传统的频谱租赁方法中，合作的次用户将以较高的功率水平传输自己的数据而以较低的功率水平中继主用户的数据，另一方面很多算法都是针对一个主用户网络和多个次用户网络的频谱租赁关系或者针对多个主用户网络和一个次用户网络的频谱租赁关系，得出的结果或者仅对主用户有利，或者仅对次用户有利，而并未从全局角度考虑性能。针对上述不足，本文建立了一个多主用户和多次用户的频谱租赁模型，在该算法中为了激励主用户租让其频谱，规定次用户以相同的功率水平发送自己的数据和主用户的数据，并且该功率可以根据频谱竞争结果自适应调整，随后分别研究了优化次用户网络效用的算法、优化主用户网络效用的算法以及优化整个网络(包括主用户网络和次用户网络)效用的算法，最后给出仿真结果并分析仿真结果。另一方面，现有大多数频谱租赁算法都规定一个主用户只能将其频谱资源租借给一个次用户使用，而且要么采用叠加式(overlay)要么采用衬垫式(underlay)频谱共享模型。本文提出了一个结合叠加式和衬垫式频谱共享的模型，允许主用户将其频谱租借给多个次用户，并且采用演化博弈论来分析次用户的决策演进并提出一种迭代算法达到演化稳定策略(ESS)，并在最后给出仿真结果并分析了仿真结果和理论算法的对应关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究目标及意义
• 1.3 本文的主要内容及章节安排
• 第二章 基于认知无线电的频谱共享技术
• 2.1 认知无线电的相关概念
• 2.2 认知无线电频谱管理概述
• 2.3 基于认知无线电频谱共享模型分类
• 2.4 频谱共享模型
• 2.4.1 基于博弈论的频谱共享模型
• 2.4.2 基于竞价拍卖的频谱共享模型
• 2.4.3 基于干扰温度的频谱共享模型
• 2.4.4 基于投资理论的频谱共享模型
• 2.5 频谱共享的目标和挑战
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于拍卖理论的频谱租赁算法
• 3.1 引言
• 3.2 频谱租赁系统模型
• 3.3 频谱租赁模型算法
• 3.3.1 集中式频谱租赁算法
• 3.3.2 分布式频谱租赁算法
• 3.3.3 可自学习的频谱租赁模型
• 3.4 主用户系统效用最优的频谱租赁算法
• 3.4.1 算法需求分析
• 3.4.2 系统模型和算法分析
• 3.5 主次用户系统总效用最优的频谱租赁算法
• 3.5.1 算法需求分析
• 3.5.2 系统模型和算法分析
• 3.6 模型仿真分析
• 3.6.1 仿真参数设置
• 3.6.2 仿真思路
• 3.6.3 仿真结果及分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于演化博弈论的频谱租赁算法
• 4.1 引言
• 4.2 演化博弈论概述
• 4.3 系统模型
• 4.3.1 应用场景
• 4.3.2 问题规划
• 4.4 频谱租赁系统的演化博弈模型
• 4.4.1 次用户系统复制动态演化模型
• 4.4.2 主用户最优策略分析
• 4.5 演化均衡迭代算法
• 4.6 模型仿真分析
• 4.6.1 仿真参数设置
• 4.6.2 仿真结果分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果