基于价格博弈的频谱分配算法设计与仿真实现

摘要

随着无线通信中不同网络、不同业务和不同接入方式的不断增长，无线频谱资源使用日趋频繁，整个无线频谱空间被划分的所剩无几。如何进一步提高频谱利用率，成为亟待解决的问题。传统的固定频谱分配导致了授权用户频谱利用率低下，产生大量的频谱空穴，造成极大的资源浪费。认知无线电技术被认为是解决这一问题的最佳方案。认知无线电频谱分配技术研究的主要目的是通过感知频谱空穴，使次用户使用空闲频谱而不干扰主用户，从而提高频谱利用率。
　　本文从微观经济学的角度，建立频谱市场框架，提出频谱分配的博弈模型，并引入频谱质量、频谱价格和频谱需求的概念。应用该模型，本文提出基于博弈论的频谱分配算法(GSA)和基于进化博弈的频谱分配算法(EGSA)。两种算法中次用户选择主用户的方式不同，但最终的目标都是最大化主用户的效用，提高系统的频谱利用率。这两种算法均从主用户的角度建立非合作博弈模型，主用户之间进行价格竞争，以获得最大的效用，最终达到纳什均衡。次用户选择能使自已获得最大效用的主用户租借频谱，在GSA算法中，次用户首先评估各主用户的频谱质量，并将这些频谱质量和已定阈值比较，从频谱质量超过阈值的主用户中选择价格最低的租借频谱;在EGSA算法中，次用户首次随机选择主用户接入，以后每次均以进化的方式接入，次用户群体最终达到进化均衡。
　　最后，通过仿真结果验证了算法的正确性，并分析了次用户的接收信噪比和主用户价格调整速率对价格纳什均衡和频谱利用率的影响，比较了两种算法在提高主用户收益和系统频谱利用率方面的优缺点。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 认知无线电概述

1．1．1 认知无线电的产生与发展

1．1．2 认知无线电的相关术语

1．1．3 认知无线电关键技术

1．1．4 认知无线电的发展现状

1．2 无线认知网络

1．2．1 无线认知网络的构成

1．2．2 无线认知网络的应用

1．3 论文的主要内容与结构安排

1．4 课题来源

第2章 博弈论

2．1 博弈论相关概念与发展

2．1．1 博弈论的定义

2．1．2 博弈论的发展

2．2 博弈论分类

2．2．1 博弈论的两个经典框架

2．2．2 非合作博弈的分类

2．3 博弈论的基本表达形式

2．4 纳什均衡

2．5 进化博弈论

2．5．1 进化博弈论的产生和发展

2．5．2 进化博弈论相关概念

2．6 博弈论的常用模型

2．6．1 古诺(Cournot)模型

2．6．2 伯川德(Bertrand)模型

2．6．3 斯坦克尔伯格模型

2．7 本章小结

第3章 频谱分配的系统模型和算法设计

3．1 认知无线电中的频谱分配

3．1．1 频谱共享的基本步骤

3．1．2 频谱分配模型

3．2 问题描述

3．2．1 博弈论在频谱分配应用中的可行性分析

3．2．2 设计目标

3．2．3 算法目标分析

3．2．4 博弈模型

3．2．5 所提算法总体设计思路

3．3 频谱分配的系统模型

3．3．1 效用函数

3．3．2 频谱质量

3．3．3 频谱分配过程

3．4 频谱需求函数和价格函数

3．4．1 次用户的需求函数

3．4．2 主用户的价格函数

3．4．3 主用户的最优反应函数和价格迭代公式

3．5 基于博弈论的频谱分配算法(GSA)设计

3．6 基于进化博弈的频谱分配算法(EGSA)设计

3．6．1 算法描述

3．6．2 详细流程描述

3．7 本章小结

第4章 仿真实现

4．1 仿真目标

4．2 业务模型

4．3 性能指标

4．4 仿真过程

4．5 GSA算法仿真分析

4．6 EGSA算法仿真分析

4．7 两种算法性能比较

4．7 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 未来展望

参考文献

致谢