基于博弈论的认知无线电频谱访问研究

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1、第l章绪论l§垒鳘錾蔓量景基囊薹薹誊篡篡篡誊誊老曩釜誊髻鏊薹鍪筹饕毯萎兰窒垒蔫笔爱耋警鍪孽莩三荤g一一一一一一一一’一。一一’’一一一一一’。一一一P-p-．一““～HHn“^⋯⋯H”≤塑；雾嚣霞i蘸黎纂ilj；辑，￥l蓁¨‘：融鏖荤姜女接眷零黪l{，0，；】』：黧?翳霞娄羹薰雾f乏i：．toji；。il羹基l一、一-。。；窖豳冒豳匹善《io；兰豁露疆=生鬻《j-i'；≥毒‘奎l露霆辔警

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10、爹l爹霾譬‘皋叠绷t鹱2％麝c釜孽雩曼』J·!I豳i■l．毒霹嚣黑童黛一事i黯女㈣lIg‘j瑟∞茹图1．1已授权的无线频谱图限制了频谱的使用效率。因此，需要寻求一种更有效的频谱管理方式，以充分利用时间、空间上的空闲频段，来缓解不断增长的频谱资源的需求矛盾。窭∞'一。露￡《儿“_

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12、yfGHzj图1．2不平衡的无线频谱使用情况1999年，瑞典皇家技术学院的J．Mitola博士在软件无线电的基础上提出了认知无线电的概念。这种新的无线电技术能够灵活有效的管理频谱资源，极大的提高了频谱利用率。关于认知无线电，各个研究组都有不同的定义，但是在整体的架构上都包括了感知、理解和适应这几个部分，这里我们引入了对认知无线电概括较为简洁而又准确的s．Hayl(in给出的定义[Hayl【in，2005】：定义1．1(认知无线电)．认知无线电是一种智能通信系统，它可以感知周围环境(即外部世界)，采用基于理解、认知的方法实

13、时地从环境中学习并且通过改变特定的通信参数来调整其内部状态以适应无线环境的统计变化。它主要有两个目标：(1)保证在各种环境下高可靠性的通信需求；(2)保证高效率的利用无线频谱。这样，认知无线电系统中的用户就可以如下分类【王国强，2007]：，第1章绪论·一级用户(埘maryuser，简称PU)：拥有授权频谱的用户，也称授权用户(1icensedusers)。在传统的静态频谱管理方式下，大部分通信用户都是一级用户，他们独占某些频段。·二级用户(secondaryuser'简称sU)：不拥有任何频段，而利用空闲频谱进行通信的

14、用户也称未授权用户(unlicensedusers)。二级用户的设备必须是认知无线电。1．1．2认知无线电的认知循环认知无线电需要和外部的射频环境实时交互，以发现空闲频谱，并决定合适的传输参数。为此，认知无线电需要完成多个任务，这些任务及它们之间的关系被称为“认知循环"(Cognitivecycle)[MitolaIII，1999]。J．Mitola博士提出的认知无线电的认知循环如图1．3所示：定向确立优先级图1．3J．Mitola提出的认知循环其中，认知循环的步骤如下：1．观察(Observe)：分析外部射频环境，并推

15、断通信内容。例如，如果发现一个用户通过电话预定了出租车，则可推断出此用户将乘坐出租车出行。2．定向(0nent)：确定通信的优先级。优先级分为三种：立即(Immediate)，紧急(Urgent)和正常(No姗a1)。3．计划(P1an)：产生并评估解决方案，包括把解决方案发送给网络中的其他认知无线电以获取反馈意见。3第l章绪论1．1．3．3功率控制功率控制(powercon的1)是指射频发射端为了保证自身的通信质量和避免对其他通信系统的干扰而对自身的发射功率进行的控制。在认知无线电中，由于需要动态的访问频谱，PU和Su

16、之间不能相互产生干扰，因此功率控制将尤为重要。在多用户传输的CR系统中，发送功率控制受到给定的干扰温度和可用频谱空洞数量的限制，目前解决功率控制这一难题的主要技术是博弈论(gametheory)和信息论(info珊ationmeory)【Hayl(in，2005】。1．1．4认知无线电的应用做为一项新的无线通信技术，认识无线电有着非常广阔的应用前景。目前，虽然认知无线电的很多问题尚处于理论探索阶段，但是已经在部分领域已经开展了直接面向应用的研究。1．1．4．1军事认知无线电在军事上应用有着非常重要的意义。它不需要如商用系

17、统中的基础设施就可以实现和其它设备的通信，并且能够根据环境变化自我调整参数以保证通信质量，能够和不同无线电标准的设备进行通信，能够检测出敌方的传输等。美国国防部最近几年已经投入了大量人力物力进行这方面的研究，如：SPEAKeasyradiosystem，JointT'acticalRadioSystem(JIRS)，