認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中基于博弈論的動態(tài)頻譜共享算法研究.pdf

1、為了解決無線頻譜資源的匱乏、提高頻譜利用率，認(rèn)知無線電技術(shù)應(yīng)運而生。其能夠感知周圍環(huán)境的變化并隨之自適應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)的工作參數(shù)，而頻譜共享機(jī)制是認(rèn)知無線電系統(tǒng)的重要核心內(nèi)容之一，它允許非授權(quán)用戶在不影響授權(quán)用戶正常通信的前提下，動態(tài)共享感知到的授權(quán)頻譜，實現(xiàn)對不可再生的頻率資源的再利用，從而有效地緩解頻譜資源緊張的問題。同時頻譜共享中涉及到了如何正確選擇頻譜、功率等策略，而博弈論是一種可以用來幫助決策者分析和選擇決策的有效數(shù)學(xué)工具，因此如

2、何利用博弈論研究和分析頻譜共享問題是無線領(lǐng)域的研究熱點之一。
　　本文基于博弈理論，結(jié)合經(jīng)濟(jì)學(xué)等其他理論，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，研究了認(rèn)知無線電頻譜共享技術(shù)，建立了認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)頻譜共享的系統(tǒng)框架，針對共享頻譜問題提出了幾種基于博弈論的頻譜共享算法。主要研究內(nèi)容和成果如下：
　?。?）提出了基于市場競爭的三階段動態(tài)博弈頻譜接入算法。該算法在兩級動態(tài)頻譜接入網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)上，利用逆推法和Bertrand博弈理論解決動態(tài)頻譜接入問題。兩

3、個寡頭（移動虛擬運營商：MVNO）先后確定所需頻譜數(shù)并進(jìn)行價格競爭吸引終端次用戶，次用戶可根據(jù)對速率和價格的不同偏好進(jìn)行選擇。理論推導(dǎo)和仿真分析了算法的正確性和穩(wěn)定性，證明該算法存在唯一納什均衡。仿真結(jié)果表明，MVNOs可以利用該算法做出最優(yōu)投資和價格決定，達(dá)到收益最大化，為MVNO實際應(yīng)用提供了參考模型。
　?。?）提出了基于演進(jìn)博弈理論的動態(tài)頻譜共享算法。該算法研究了壟斷頻譜市場中兩個有限理性的移動虛擬運營商基于需求的價格競爭

4、，其價格策略的選擇同時考慮了自身收益和次用戶的QoS需求。以運營商的有限理性為前提，利用演進(jìn)博弈理論建模MVNOs的動態(tài)價格策略選擇，通過復(fù)制動態(tài)理論，運營商動態(tài)調(diào)整價格策略，達(dá)到演進(jìn)穩(wěn)定策略。引入獎懲機(jī)制，使得運營商可以維持共謀，從而獲得更多的利益。仿真結(jié)果證實了所提出的算法能夠讓運營商利用復(fù)制動態(tài)調(diào)整自己的策略來達(dá)到演進(jìn)穩(wěn)定均衡，同時運營商最初的策略選擇概率對ESSs有著重要的影響。此外，有獎懲機(jī)制的動態(tài)頻譜共享算法相比其它算法具有

5、更好的性能。
　　（3）構(gòu)建了一種基于非線性需求函數(shù)的壟斷頻譜市場模型。為了最大化收益兩個能提供不同頻譜速率的有限理性MVNO進(jìn)行兩階段博弈：第一階段運營商確定進(jìn)行Betrand博弈或Cournot博弈，即選擇策略變量，第二階段選擇的博弈類型確定價格的高低或產(chǎn)量的大小，其中利用演進(jìn)博弈理論建模運營商的動態(tài)策略選擇，通過演進(jìn)博弈中的動態(tài)復(fù)制，本章所提出的算法收斂到演進(jìn)穩(wěn)定策略，并且得到了Cournot均衡為子博弈精煉納什均衡，同時也

6、是唯一的ESS的結(jié)論，即運營商選擇產(chǎn)量策略可以獲得最高的收益。仿真結(jié)果證實了本章所提出的算法可以使MVNO能自適應(yīng)調(diào)整至最優(yōu)決策。
　?。?）提出利用微分博弈理論的功率控制算法。該算法根據(jù)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的時間動態(tài)性特點，將微分博弈理論應(yīng)用于研究認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的功率控制，考慮了網(wǎng)絡(luò)的時間連續(xù)性，認(rèn)知用戶的功率控制策略選擇建模為微分博弈模型，不僅考慮了用戶當(dāng)前的收益，還考慮其策略的長遠(yuǎn)意義，通過此模型求解得到了開環(huán)納什均衡解。仿真結(jié)果表明，