认知无线电系统频谱共享技术研究

摘要

随着人类信息社会的发展，各种无线电新型业务飞速增长，人们对于无线频谱资源的需求也越来越大。认知无线电技术可以智能地感知周围无线系统的空闲频谱，并伺机接入空闲频谱进行通信，实现了频谱资源的共享，显著地提高了频谱效率。基于博弈论的频谱共享技术是目前广泛采用的频谱共享方式，通过共享策略的纳什均衡确保每个用户的效益最大化，可以有效地提高频谱资源的利用率，已经成为认知无线电领域研究的热点方向。
　　本文深入研究了认知无线电技术的基本原理及关键技术，介绍了博弈论技术的基本原理及应用。在此基础上，给出了博弈论应用于认知无线电系统频谱共享技术的适用性分析，并分别提出基于价格的频谱共享算法和基于传输速率的频谱共享算法。
　　传统的频谱共享算法中，频谱价格仅考虑认知用户的频谱需求量，而在实际中，频谱价格不仅与认知用户的需求量有关，还与主用户的供给量有关，同时主用户提供不同频段的频谱特性对认知用户的传输质量有很大的影响。针对这一问题，本文提出基于价格的频谱共享算法，通过引入频谱供给量和频段参数，重新定义了认知用户的价格函数，反映主用户对频谱供给量的控制权以及主用户共享频谱的意愿，与传统算法相比，所提算法提高了频谱利用率，更加贴近实际的网络状况。
　　考虑到认知无线电系统应能提供包括数据、语音等多种业务的服务，认知用户具有不同的服务质量(Quality of Service，QoS)需求，特别是对于传输速率需求较高。在此基础上本文提出基于传输速率的频谱共享算法，将认知用户的传输速率作为目标函数，定义有效的效用函数，能够根据最低需求传输速率自适应地调整实际的传输速率，最大化地满足了认知用户的需求，有效地避免了频谱资源的浪费。仿真结果表明，与传统算法相比，所提算法显著提高了频谱的利用率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 研究现状与发展趋势

1．3 论文主要内容和结构安排

第2章 频谱共享技术基本理论及博弈论基础

2．1 认知无线电系统

2．2 频谱共享技术

2．2．1 频谱共享的分类

2．2．2 频谱共享的挑战

2．2．3 频谱共享的模型

2．3 博弈论基础理论

2．4 本章小结

第3章 基于价格的频谱共享改进算法

3．1 博弈论解决频谱共享问题的适用性分析

3．1．1 认知无线电的博弈分析

3．1．2 博弈论解决频谱共享的适用性分析

3．2 频谱共享模型

3．3 基于价格的频谱共享改进算法

3．3．1 价格函数

3．3．2 效用函数

3．3．3 算法的纳什均衡存在性证明

3．3．4 基于价格的频谱共享静态博弈改进算法

3．3．5 基于价格的频谱共享动态博弈改进算法

3．4 仿真结果与分析

3．5 本章小结

第4章 基于传输速率的频谱共享改进算法

4．1 频谱共享的QoS需求分析

4．2 频谱共享模型

4．3 基于传输速率的频谱共享改进算法

4．3．1 基于传输速率的价格函数

4．3．2 基于传输速率的效用函数

4．3．3 算法的纳什均衡存在性证明

4．3．4 基于传输速率的频谱共享静态博弈改进算法

4．3．5 基于传输速率的频谱共享动态博弈改进算法

4．4 仿真结果与分析

4．5 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢