认知无线电网络中基于博弈论的频谱共享算法..研究

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1、第l章绪论在国内，Peng和Zheng等人采用图着色理论来对认知无线电频谱共享问题进行建模并提出了分布式频谱共享算法，仿真表明分布式算法可以达到和集中式算法相同的性能同时降低了系统复杂性117】【18】；Wang和Liu采用图着色模型提出了分布式贪婪算法(DistributedGreedyAlgorithm，DGA)、分布式公平算法(DistributedFairAlgorithm，DFA)、分布式随机算法(DistributedRandomizedAlgorithm，DRA)等三种频谱共享算法f191，

2、分别可以取得最高频谱利用率、保持一定频谱利用率的同时提高公平性、降低系统复杂性和通信开销；Guo等人建立了基于图论着色原理的合作式频谱共享模型[20l，对以上三种算法进行了改进，提出了～种快速信道调整算法(FastChannelAdjustmentAlgorithm，FCAA)，在保证吞吐量和公平性性能的前提下可以明显减小开销。Cao等人在基于定价拍卖的模型下提出了本地议价算法【211，采用公平的业务保证机制，与原来的基于拓扑的最优化方法相比，可以达到相近的系统性能，同时降低了50％的系统复杂度。Tian

3、等人建立了博弈论模型来分析认知无线电中频谱共享算法，研究了在授权频段多个次用户之间的频谱共享问题[221[231，提出了一种加权比例公平算法(Weightedproportionalfairalgorithm)，实现了频谱共享的高效性和公平性。Qin分析了博弈论模型应用于认知无线电频谱共享的可行性，建立了伯川德(Bertrand)博弈论模型，引入差异性提出了改进的博弈模型，分别实现了静态和动态的博弈算法，改善了频谱利用率【241。总之，国内外学者对于认知无线电中频谱分配问题的研究一直没有间断过，各种理论框

4、架和协议算法不断涌现，为更加合理有效地利用频谱资源做出了努力，也为认知无线电的长足发展奠定了基础。1．3论文的主要内容与结构安排论文主要借助于博弈理论，对认知无线电中的频谱共享技术进行了研究，在博弈论古诺模型中首先实现了基于竞争的非合作频谱共享和基于最大总利润的最优化频谱共享，然后在比较其优缺点的基础上分析了合作式频谱共享算法。通过仿真发现，在一个主用户和两个次用户的场景中，合作式频谱共享算法可以得到较好的结果。最后进一步研究当出现第三个次用户、第三个次用户退出时，各个次用户可以在合作式博弈中通过自适应的

5、算法达到新的平衡。全文分为五章，各章节的内容安排具体如下：第l章分析了本文研究的背景和意义。首先阐述了认知无线电的提出背景、关键技术及其应用；然后分析了认知无线电频谱共享技术的国内外研究现状，最后叙述了论文的内容和结构安排。6认知无线电网络中基于博弈论的频谱共享算法研究第2章对认知无线电技术中的频谱共享技术进行了详细阐述，首先叙述了认知无线电频谱共享技术的分类及频谱共享的原则，然后详细阐述了几种常用的频谱共享模型。第3章详细阐述了博弈论。首先叙述了博弈论的基本原理，包括其定义、发展历史及其在不同领域的应用

6、，然后阐述了博弈论的分类，重点分析了非合作博弈和合作博弈，给出了几种常用的博弈论模型，从而使读者对博弈论有较宏观的认识，对博弈论的主要作用有具体的了解，并为第4章中将博弈论与认知无线电频谱共享相结合做好铺垫。第4章是论文的重点，在讨论了博弈论如何与认知无线电频谱共享问题结合的基础上，建立了认知无线电频谱共享的系统模型，在此系统模型中，首先实现了博弈的非合作模型，非合作模型中又分别实现了静态博弈和动态博弈，最后分别达到了同一纳什均衡解；然后研究并实现了最优化模型，通过比较两者的优缺点，采用了改进的合作博弈模

7、型，在合作博弈中达到新的均衡点，并且当有新的次用户加入然后退出时可以通过自适应算法进行频谱的分配，最后达到另一新的均衡点。第5章对全文进行总结，并对认知无线电系统中频谱共享技术的未来研究方向进行了展望。第2章认知无线电频谱共享技术频谱共享技术是认知无线电的关键技术之一，认知用户通过择机使用主用户的授权频谱，对不可再生的频谱资源实现再利用，能够有效解决频谱稀缺和利用率低下的问题。本章将对认知无线电的频谱共享技术的分类、共享原则以及常用模型等进行详细叙述。2．1频谱共享技术的分类及共享原则2．1．1频谱共享的

8、三种分类方法频谱共享的研究主要包括频谱共享的方式与策略设计，涉及到协议栈中的多层协议之间的协调工作，并且与网络结构和控制方式有关。频谱共享可以从网络结构和控制方式、用户行为以及接入方式三个角度进行分析，如图2．1所示【81。动态频谱共享研究方向网络结构入集中式分布式再户行为入合作式非合作式接入方式入填充式下垫式图2．1频谱共享分类从网络结构上看，频谱共享分为集中式和分布式。集中式频谱共享中有一个中心控制节点负责管理和控制频谱的