基于博弈论的蜂窝异构网络资源分配方法研究

摘要

近年来，随着移动通信系统的快速发展、智能终端的大规模普及以及多媒体业务的不断增多，移动数据业务量呈现出指数增长。为了满足用户高速率和高服务质量的需求，许多新型通信技术被提出来。其中，蜂窝异构网络技术通过缩短基站和用户的传输距离，从而有效的解决了基站覆盖的“盲区”和“忙区”问题。然后由于频谱资源的稀缺性、系统的能耗过高以及网络中的干扰问题等，蜂窝异构网络仍然面临着许多技术挑战。因此，设计高效的频谱和能量资源分配系统，减小系统干扰已然成为通信事业亟需解决的问题，并且已经受到了研究者们的广泛的关注。 因此，本文首先针对蜂窝异构网络的频谱资源分配问题，利用动态博弈对频谱资源进行分配，分析异构网络的系统总效用，考虑用户动态分配，设定干扰容限阈值，通过推导求出频谱分配的最优解。然后介绍蜂窝异构网络的能量资源分配方法，考虑在用户需求不确定的情况下，分别在集中式决策和分布式决策下通过分析小基站与微电网的效用函数求出能量分配的最优解。最后研究蜂窝异构网络的能量和频谱资源联合分配，使用两种基于斯塔克尔伯格博弈的分布式资源分配方案，即能量和频谱同时或顺序决策算法，通过博弈论逆向归纳法，首先对能量和频谱资源进行最优定价，然后通过定价机制动态调整能量和频谱分配，并且证明存在一种帕累托最优解。通过仿真结果表明，本文所提出的算法能够有效提高了系统的能量效率和数据传输速率，减小系统干扰，同时保证系统的效用最优。

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专用术语注释表

第一章 绪论

1.1.1 无线通信的发展历程

1.1.2 蜂窝异构网络的形成及特点

1.2 国内外研究现状

1.2.1 蜂窝异构网络的无线资源分配研究

1.2.2 蜂窝异构网络的干扰协调管理研究

1.3 研究内容和章节安排

第二章 蜂窝异构网络资源分配方法综述

2.1 蜂窝异构网络资源分配的优化目标

2.1.1 最大化系统吞吐量

2.1.2 最小化系统功率消耗

2.2 博弈论与无线通信

2.2.1 博弈论简介

2.2.2 非合作博弈与合作博弈

2.2.3 斯塔克尔伯格模型

2.2.4 博弈论在无线通信中的应用

2.3 本章小结

第三章 蜂窝异构网络的频谱资源分配

3.2 问题描述

3.3 系统频谱资源优化分析

3.4 频谱资源博弈优化算法

3.5 仿真与分析

3.6 本章小结

第四章 蜂窝异构网络的能量资源分配

4.2 问题描述

4.3 系统传输能量优化分析

4.3.1 集中式决策分析

4.3.2 分布式决策分析

4.4 能量资源分布式优化算法

4.5 仿真与分析

4.6 本章小结

第五章 蜂窝异构网络的能量和频谱资源联合分配

5.2 问题描述

5.3 能量与频谱资源同时决策优化

5.3.1 能效与频谱资源优化的子博弈分析

5.3.2 小基站的效用分析

5.4.1 能效与频谱资源优化的子博弈分析

5.4.2 小基站的效用分析

5.5 基于斯塔克尔伯格博弈的资源分配算法

5.6 仿真与分析

5.7 本章小结

第六章 总结和展望

6.2 工作展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间申请的专利

致谢