基于認(rèn)知無線電的動態(tài)頻譜共享算法研究.pdf

1、無線頻譜資源是無線通信系統(tǒng)不可或缺的基礎(chǔ)戰(zhàn)略資源,但是隨著通信的發(fā)展,無線電技術(shù)的新業(yè)務(wù)和設(shè)備急速增加,使本來已經(jīng)稀缺的頻譜資源更加緊張。而傳統(tǒng)靜態(tài)頻譜分配方式對頻譜使用的不均衡性和低效性使得資源稀缺問題更顯嚴(yán)重,制約了通信技術(shù)的進一步發(fā)展。認(rèn)知無線電由于在頻譜感知、頻譜共享、頻譜管理及頻譜移動性等方面的突出優(yōu)勢已成為研究下一代無線通信的熱點技術(shù)之一。
　　基于認(rèn)知無線電的動態(tài)頻譜共享能夠?qū)崿F(xiàn)對頻譜資源的再利用,本文將重點研究經(jīng)濟

2、框架下的動態(tài)頻譜共享算法,它能為解決頻譜資源短缺問題帶來新的希望;為授權(quán)系統(tǒng)擁有者開辟二級頻譜市場,增加收益和降低運營成本;為新技術(shù)新業(yè)務(wù)運營者提供一個公平的環(huán)境;為多種業(yè)務(wù)在開放頻段內(nèi)的共存提供合理機制。本文對認(rèn)知無線電系統(tǒng)中如何保證用戶QoS并增加系統(tǒng)收益的問題進行了深入研究,主要包括以下內(nèi)容:
　　首先,介紹了認(rèn)知無線電的背景與研究意義,總結(jié)了認(rèn)知無線電的主要關(guān)鍵技術(shù)及頻譜共享的分類,介紹了幾種常用頻譜共享模型的國內(nèi)外研究動

3、態(tài),對比分析了各模型的優(yōu)缺點。結(jié)合目前頻譜資源面臨的主要問題,闡述了頻譜共享在未來通信技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵作用。
　　第二,介紹了與本文建模相關(guān)的博弈論,定價和市場理論以及半馬爾科夫決策過程的基本概念。重點闡述了以下幾個方面:博弈論的分類情況與對應(yīng)的Nash均衡定義,求解Nash均衡解的反應(yīng)函數(shù)法和逆向歸納法,定價與需求函數(shù)及市場類型的關(guān)系,半馬爾科夫決策過程的定義及求解最優(yōu)策略的線性規(guī)劃法。
　　第三,設(shè)計了三階段動態(tài)博弈模型

4、用以建模分析雙寡頭壟斷市場中的動態(tài)頻譜共享問題,其中三階段子博弈分別解決了頻譜租借策略、業(yè)務(wù)定價策略和用戶均衡的問題。此模型中認(rèn)知用戶在租借周期內(nèi)獨占信道,并且用戶行為服從 Wardrop原理,在此基礎(chǔ)上針對三階段博弈的不同特征采用逆向歸納法給出了博弈的Nash均衡解。最后同樣采用三階段動態(tài)博弈建模方法分析了合作服務(wù)提供商的場景,并對兩種不同博弈情況下的服務(wù)提供商租用頻譜量與利潤進行了比較和分析。
　　第四,提出了一種認(rèn)知用戶多業(yè)

5、務(wù)等級可調(diào)的動態(tài)頻譜共享算法,在此模型中,認(rèn)知用戶非獨占地使用租借信道,優(yōu)先級低于主用戶。頻譜代理掌握所有信道和用戶信息,針對不同的系統(tǒng)狀態(tài)控制用戶接入并且調(diào)整認(rèn)知用戶的業(yè)務(wù)等級。根據(jù)信道和用戶的隨機特性,采用半馬爾科夫決策過程對算法進行描述后,利用線性規(guī)劃求解了在每個狀態(tài)下最大化系統(tǒng)效益的最佳接入策略和等級調(diào)整策略。最后對本算法與單業(yè)務(wù)等級系統(tǒng)及業(yè)務(wù)等級不可調(diào)系統(tǒng)的性能進行了仿真比較。分析了給定參數(shù)條件下最大化系統(tǒng)利潤的信道租借策略,