认知无线电网络中基于博弈论的功率控制和资源分配研究

发布时间：2017-03-21 08:13

  本文关键词：认知无线电网络中基于博弈论的功率控制和资源分配研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在频谱共享的认知无线电网络中,允许非授权用户(次用户)使用授权用户(主用户)的频谱来提高频谱利用率,由于频谱资源有限,如何制定出合理的频谱分配方案至关重要。博弈论作为一种数学分析工具,可以很好地解决资源分配问题,近年来已被一些文献运用到频谱共享网络的资源分配研究中。本文首先分析了基于博弈论的功率控制和频谱共享的研究现状,然后开展如下三个方面的研究工作:在目前采用博弈论来控制用户发射功率的文献中,有效函数一般与接入技术的调制方式有关,这种与调制方式有关的有效函数含有指数运算,其复杂度较高。本文从改进其有效函数入手,给出了一种与无线接入的调制方式无关的有效函数,并可以降低功率控制复杂性和系统误码率。进一步,根据用户的信干噪比(SINR)和产生的干扰信息,设置了兼顾用户之间的公平性的惩罚因子和效益函数,证明了纳什均衡性,并利用迭代算法来更新用户的发射功率。通过仿真结果分析,本章提出博弈功率控制方案,不仅提升了次用户总的吞吐量,还保证了次用户的公平性。考虑到中断概率和干扰门限对认知无线电网络中资源分配具有重要的影响,本文提出了基于斯坦克尔伯格(Stackelberg)博弈的功率控制算法。首先,建立了频谱共享双层网络模型,设置主用户为领导者,可以共享资源给次用户,同时主导干扰价格;另外,次用户默认为追随者,通过支付主用户相应的费用来共享主用户的授权频段。在此基础上,在干扰门限和中断概率等约束条件下给出了相应的效益函数,构建了存在有约束条件的博弈模型。此外,证明了博弈算法收敛于纳什均衡,利用拉格朗日分解法求解优化问题,计算用户的最佳发射功率,并用分布式方案迭代功率,同时分析了算法的复杂度。仿真试验验证,本章提出的方案,不仅复杂度较低,还可以提升网络的吞吐量和降低用户的中断概率。由于目前对多个主用户服务中心竞争共享频谱资源的分配算法研究较少,本文提出了一种新的基于非合作博弈的频谱分配算法。考虑三个主用户服务中心和一个认知用户服务中心的共享频谱资源网络,主用户服务中心通过共享频谱资源为认知用户服务中心提供服务,在市场上动态地调整自己的价格来实现自身利益的最大化。在该模型和系统设置下,利用伯川德(Bertrand)博弈理论来解决主次用户频谱分配问题,对效用函数进行了改进,从而保证了系统的公平性和用户的满意度。进一步,证明了算法的收敛性,讨论了不同主用户数目和学习因子对所提出方案性能的影响。通过仿真试验验证显示了本文提出的算法的有效性。
【关键词】：认知无线电网络 博弈论 功率控制 频谱分配 公平性 中断概率
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 注释表11-12
• 第1章 引言12-21
• 1.1 研究背景和意义12-13
• 1.2 认知无线电技术的国内外研究现状13-15
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 基于博弈论资源分配的研究现状15-18
• 1.3.1 基于代价函数的非合作功率控制博弈15-16
• 1.3.2 基于斯坦克伯格博弈的功率控制16-17
• 1.3.3 基于博弈论的频谱分配研究17-18
• 1.4 当前工作存在的问题及本文的主要工作18
• 1.5 论文内容及章节的安排18-21
• 第2章 认知无线电关键技术和博弈模型简介21-33
• 2.1 认知无线电的概念和特征21-22
• 2.2 认知无线电的关键技术22-23
• 2.3 功率控制的研究23-24
• 2.4 频谱分配技术的研究24-26
• 2.4.1 频谱分配技术的分类25-26
• 2.5 博奔论26-28
• 2.5.1 博弈模型的相关概念26
• 2.5.2 博弈论要素26-27
• 2.5.3 博弈论模型的分类27-28
• 2.6 博弈论的基本模型28-32
• 2.6.1 效用函数28-30
• 2.6.2 帕累托最优30-31
• 2.6.3 超模博弈31
• 2.6.4 斯坦克贝格模型31-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第3章 基于公平性的功率控制博弈算法33-46
• 3.1 引言33-34
• 3.2 认知网络中的频谱共享模型34-35
• 3.3 传统的非合作博弈模型35-37
• 3.4 基于公平性的博弈功率控制算法37-42
• 3.4.1 效率函数的优化37-39
• 3.4.2 改进的非合作博弈效用函数39-40
• 3.4.3 发射功率纳什均衡存在性和唯一性的证明40-41
• 3.4.4 迭代算法求解功率41-42
• 3.5 仿真结果与分析42-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 基于斯坦克尔伯格博弈的资源分配算法46-60
• 4.1 引言46-47
• 4.2 系统模型47-49
• 4.3 斯坦克尔伯格博弈机制49-52
• 4.3.1 主用户的收益49-50
• 4.3.2 次用户的收益50
• 4.3.3 斯坦克尔伯格博弈纳什均衡点存在性和收敛性证明50-52
• 4.4 斯坦克尔伯格博弈功率控制的求解52-56
• 4.4.1 认知用户的收益最大化求解52-53
• 4.4.2 主用户的收益最大化求解53-54
• 4.4.3 迭代算法收敛于纳什均衡54-56
• 4.4.4 复杂度分析56
• 4.5 仿真结果与分析56-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第5章 基于非合作博弈的频谱分配算法60-73
• 5.1 引言60
• 5.2 系统模型60-62
• 5.3 主次用户服务中心竞价过程62-65
• 5.3.1 认知用户服务中心的效用函数62-63
• 5.3.2 主用户服务中心的效用函数和成本函数63-65
• 5.4 纳什均衡证明与动态博弈分析65-67
• 5.4.1 动态的伯川德博弈65-66
• 5.4.2 动态博弈的稳定分析66-67
• 5.5 算法仿真和性能分析67-72
• 5.6 本章小结72-73
• 第6章 结束语73-76
• 6.1 主要工作和创新73-74
• 6.2 工作展望74-76
• 参考文献76-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 张翅;曾碧卿;杨劲松;谢晓虹;;OFDMA认知无线电网络中面向功率控制的频谱定价与分配[J];计算机科学;2015年03期

2 李方伟;柴源;朱江;张玉平;;基于动态古诺博弈的认知无线电频谱贸易算法[J];电子科技大学学报;2014年04期

3 胡庆;赵力力;李云;;认知无线电中基于潜在博弈的信道分配算法[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2012年01期

4 罗荣华;杨震;;认知无线电中基于Stackelberg博弈的分布式功率分配算法[J];电子与信息学报;2010年12期

5 张龙;周贤伟;王建萍;黄伟;马忠贵;;CR系统中基于微分博弈的功率控制算法[J];电子与信息学报;2010年01期

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本文编号：259339