认知无线网络中的协作频谱租赁技术研究

发布时间：2017-04-25 16:16

  本文关键词：认知无线网络中的协作频谱租赁技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,由于无线电业务在各领域的多样化应用及其用户数量的不断扩张,以致现有的有限频谱资源越来越无法满足通信系统的要求。另外,由于静态频谱管理模式使授权用户独占授权服务,以致网络中的带宽分配不均匀,严重造成了频谱资源的浪费。针对上述现象,学者提出利用认知无线电技术,通过用户间的动态频谱共享来改善网络带宽资源的利用率。协作频谱租赁技术为了实现动态频谱共享,使授权用户将一部分频谱分配给认知用户,同时要求认知用户作为中继帮助授权用户通信。本文首先研究的是简单的单主用户与单认知用户之间的协作频谱租赁。该模型要求主用户在认知网络中选出一个最佳认知用户作为认知中继。为了避免选择的认知中继具有协作欺骗行为,提出一种基于信誉的协作频谱租赁算法。该算法会在每轮博弈结束时根据各认知用户的协作行为更新它们的信誉值,主用户则根据认知用户的信誉值和信道质量选择最佳认知中继进行协作。在协作转发过程中,授权用户租赁一部分时隙给认知中继,以获得最大数据传输速率,而认知中继在维护其信誉值的基础上以最大化自身传输速率为目标进行功率分配。最后采用Stackelberg博弈的原理解决主次用户效益优化的问题,并找到均衡解,实现主用户和次用户的“共赢”。接着,进一步研究存在多个认知用户参与协作的频谱租赁模型,该模型为了保证主用户的通信,使次用户在主用户通信失败的情况下进行协作重传。针对重传时延大及用户自私性等问题,提出一种基于重传时隙的包括资源交换和货币兑换的频谱租赁交易模型。该模型中,主用户将重传时隙租借给次用户,各次用户参与协作重传后相互竞争剩余的时隙以用于自身通信。在Stackelberg博弈模型的基础上,各次用户向授权网络支付其使用频谱资源的价格,主用户则为协作重传给予次用户一定的补偿,最后讨论验证了博弈Nash均衡解的存在以及该解的唯一性,并最终求出均衡解及其相应的约束条件。数值仿真证明,提出的模型能够在传输速率和经济利益方面大幅度提高主用户和次用户的效益。
【关键词】：频谱租赁 认知无线电 协作 Stackelberg博弈
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 研究现状12-14
• 1.3 本文研究内容和结构安排14-16
• 第2章 认知协作频谱租赁相关关键技术16-31
• 2.1 认知无线电技术16-24
• 2.1.1 认知无线电简介16-17
• 2.1.2 认知无线网络17-19
• 2.1.3 关键技术19-22
• 2.1.4 动态频谱接入22-24
• 2.2 协作通信技术24-28
• 2.2.1 协作通信概述24-25
• 2.2.2 协作转发方式25-28
• 2.2.3 中继选择28
• 2.3 博弈论28-30
• 2.3.1 博弈论基本概念28-29
• 2.3.2 博弈分类29
• 2.3.3 Stackelberg博弈29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 单认知中继的协作频谱租赁研究31-40
• 3.1 引言31-32
• 3.2 系统模型32-34
• 3.3 频谱租赁博弈算法34-37
• 3.3.1 博弈模型34
• 3.3.2 算法分析与实现34-37
• 3.3.3 算法实现步骤37
• 3.4 仿真结果及分析37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 多认知中继的协作频谱租赁研究40-51
• 4.1 引言40
• 4.2 频谱租赁模型40-42
• 4.2.1 系统模型40-42
• 4.2.2 交易模型42
• 4.3 博弈模型分析42-46
• 4.3.1 效用函数43
• 4.3.2 各认知用户的最佳决策43-45
• 4.3.3 主用户的最佳决策45-46
• 4.4 仿真结果及分析46-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 总结及展望51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-58
• 附录58

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