基于合約的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)協(xié)作頻譜共享策略研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)有的固定頻譜分配策略造成可用頻譜資源嚴(yán)重短缺，同時已分配的頻譜資源又存在利用率低的問題。協(xié)作頻譜共享技術(shù)因具有中繼協(xié)作和動態(tài)頻譜接入的特點，能夠更好地應(yīng)對無線通信中頻譜資源利用率低的難點，因此已成為該領(lǐng)域的研究熱點。由于在協(xié)作頻譜共享過程中主用戶和次用戶間存在著資源交易，即主用戶的頻譜資源和次用戶進行協(xié)作通信的功率資源之間的交易，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)分析工具難以對資源交易的過程進行詳細(xì)的研究。為了更好地刻畫和分析主用

2、戶和次用戶之間的資源交換問題，本文引入經(jīng)濟學(xué)中的合約理論，將主、次用戶雙方的協(xié)作過程映射為勞動市場模型，其中主用戶和次用戶分別作為勞動市場中的雇傭者和被雇傭者，采用合約理論即通過合約的設(shè)計確定雇傭雙方的權(quán)利和義務(wù)。本文基于合約理論分別研究了認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中單個主、次用戶和多個主、次用戶場景的協(xié)作頻譜共享問題，主要工作如下:
　　(1)提出一種基于信道統(tǒng)計信息的Overlay-Underlay混合接入模式協(xié)作頻譜共享模型。模型中單個

3、主用戶和單個次用戶進行協(xié)作通信，依據(jù)信道狀態(tài)協(xié)作模式可以采用相應(yīng)的Overlay或Underlay協(xié)作頻譜共享模式;基于該模式，首先構(gòu)建了以主用戶效用最大化為目標(biāo)的最優(yōu)合約設(shè)計問題，并以保證次用戶能夠獲得非負(fù)效用為約束條件，然后采用遺傳算法對該優(yōu)化問題進行了求解。仿真結(jié)果表明，針對所提出的Overlay-Underlay混合接入模式協(xié)作頻譜共享模型，采用最優(yōu)合約設(shè)計可以很好地調(diào)動主、次用戶雙方合作的積極性，從而提高主用戶的頻譜利用率并降

4、低能量消耗，同時也為次用戶提供了更多使用授權(quán)頻譜傳輸信息的機會。
　　(2)將提出的Overlay-Underlay混合接入模式協(xié)作頻譜共享模型推廣到多個主用戶和多個次用戶場景。由于在該場景中多個主用戶和次用戶隨機分布，各主用戶與各次用戶之間的相對位置和信道狀態(tài)都不同。因此，每一個主用戶對不同的次用戶都有著不同的偏好，并且希望選擇能夠帶來最大收益的次用戶作為中繼;同時每一個次用戶也對不同主用戶有著不同的偏好，并且希望獲得更多的頻譜

5、使用時間?；谠搱鼍?，本文在完全信息和不完全信息場景下，仍以主用戶總效用最大化為目標(biāo)，構(gòu)建最優(yōu)合約設(shè)計的優(yōu)化問題。在完全信息場景下，由于信道的統(tǒng)計信息完全公開，采用匈牙利算法對主、次用戶間的中繼選擇問題進行求解，得到理想條件下的最優(yōu)合約設(shè)計結(jié)果;在不完全信息場景下，采用廣義延遲接受算法動態(tài)地進行合約設(shè)計，最終實現(xiàn)穩(wěn)定的市場均衡，從而獲得最優(yōu)合約設(shè)計。仿真結(jié)果表明，通過提出的混合接入模式協(xié)作頻譜共享策略，在多主用戶和多次用戶場景中，不完全