基于博弈論的認知MIMO聯(lián)合預編碼和功率分配算法研究.pdf

1、隨著寬帶無線通信和移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,人們對高速無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務的需求日益迫切。無線頻譜作為一種不可再生資源,未來無線通信技術的發(fā)展面臨著頻譜資源匱乏和傳輸環(huán)境惡劣的困難,對通信的有效性和可靠性帶來了極大的挑戰(zhàn)。認知無線電技術的高度智能性可以顯著提高現(xiàn)有固定分配頻譜的利用率,能夠允許空閑頻譜被未授權的認知用戶使用,也即允許認知用戶動態(tài)共享頻譜,從而充分利用現(xiàn)有的頻譜資源為更多用戶提供服務。MIMO技術是移動通信系統(tǒng)的關鍵技術之一,它的

2、最大優(yōu)點是能夠在無需額外增加帶寬和發(fā)射功率的情況下顯著提高系統(tǒng)的傳輸速率。因此,將MIMO技術與認知無線電技術相結(jié)合,即認知MIMO技術,可以進一步提高頻譜效率,從而滿足為更多用戶提供高傳輸速率服務的需求。
　　博弈論,是一種用嚴謹數(shù)學模型來解決現(xiàn)實中利害沖突的理論。將博弈論引入認知 MIMO系統(tǒng)的研究是解決頻譜共享問題的新途徑。本文研究基于博弈論的認知MIMO聯(lián)合預編碼和功率分配算法。該算法考慮對認知用戶進行最優(yōu)功率分配的同時,

3、如何對它們進行最優(yōu)的預編碼設計。本文的主要貢獻如下:
　　(1)首先對完美信道狀態(tài)信息下認知MIMO聯(lián)合預編碼和功率分配問題進行研究,并將博弈論模型引入認知 MIMO系統(tǒng)中。將認知用戶的聯(lián)合預編碼和功率分配問題,建模成“一種帶有代價函數(shù)的非合作聯(lián)合預編碼和功率分配博弈”。在此博弈中,證明了納什均衡的存在性和唯一性,并且提出基于博弈論的聯(lián)合預編碼和功率分配算法,納什均衡作為非合作博弈的解。最后仿真驗證了所提算法的收斂性。
　　

4、(2)在實際環(huán)境中,由于認知基站和主用戶之間缺少協(xié)作,因此認知基站并不知主用戶的信道狀態(tài)信息,于是本文進一步研究不完美信道信息下基于博弈論的聯(lián)合預編碼和功率分配問題。由于魯棒干擾的存在,最佳響應得不到閉式解,因此使用最壞情況理論,通過采用合適的帶有信道誤差的干擾功率約束將優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為二價錐規(guī)劃(SOCP)問題,大大降低了復雜度。最后數(shù)值仿真了不完美信道下認知用戶的和速率收斂于傳輸功率。
　　本文的研究成果對認知 MIMO系統(tǒng)中認