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基于博弈论的认知无线电频谱共享算法研究.pdf

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封面
文摘
英文文摘
论文说明:缩略语
声明
第一章绪论
1.1课题研究背景及意义
1.1.1课题研究的背景
1.1.2课题研究意义及来源
1.2论文的主要工作及取得的成果
1.3论文的内容安排
第二章认知无线电研究综述
2.1引言
2.2认知无线电技术
2.2.1认知无线电的定义
2.2.2认知无线电的主要功能
2.2.3国内外研究现状
2.3认知无线电频谱共享的关键技术
2.3.1频谱分配
2.3.2功率控制
2.4.本章小结
第三章 博弈论的基本原理及应用
3.1引言
3.2博弈论定义及发展
3.2.1博弈论定义
3.2.2博弈论的发展
3.3博弈论模型简介
3.4博弈论的分类
3.5纳什均衡
3.5.1纳什均衡的定义
3.5.2纳什均衡的分析
3.6博弈论在认知无线电中的应用
3.6.1博弈论应用于认知无线电的可行性
3.6.2认知无线电的博弈模型
3.6.3认知无线电的博弈分析
3.7本章小结
第四章 基于完全信息动态博弈的CR频谱共享算法研究
4.1引言
4.2算法目标分析
4.3 JCAPCGT算法建模
4.3.1场景描述
4.3.2博弈模型
4.4 JCAPCGT算法描述
4.5 JCAPCGT算法分析
4.6算法仿真分析
4.6.1仿真指标
4.6.2仿真参数
4.6.3算法性能验证
4.7本章小结
第五章 基于不完全信息静态博弈的CR频谱共享算法研究
5.1引言
5.2算法目标分析
5.3强化学习简介
5.4算法建模
5.4.1场景描述
5.4.2博弈模型
5.5算法描述
5.6算法分析
5.7仿真验证
5.7.1仿真参数
5.7.2仿真验证
5.8本章小结
第六章 结束语
6.1论文工作总结
6.2进一步的研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表学术论文
北京邮电大学硕士学位论文基于博弈论的认知无线电频谱共享算法研究姓名:李琳申请学位级别:硕士专业:通信与信息系统指导教师:曾志民20090215
北京邮电大学学位论文摘要基于博弈论的认知无线电频谱共享算法研究摘要随着无线通信不断朝着宽带化、无缝化、智能化的方向发展,我们不得不面对的瓶颈之一就是频谱资源的不足。目前特定通信业务固定分配专用频谱的方式,常常会出现频谱资源分配不均,甚至浪费的情形,这与当前广泛关注的频谱资源短缺问题相互矛盾。有限的可用频谱和低的频谱资源利用率决定了急需一种新的通信方式。认知无线电(CR,CognitiveRadio)技术作为一种智能频谱共享技术可有效缓解上述矛盾,它通过感知频域、时域和空域等频谱环境,自动搜寻并利用已授权频段的空闲频谱,实现不可再生频谱资源的再利用,为解决如何在有限频谱资源条件下提高频谱使用率这一无线通信难题开辟了一条新的途径。本论文是在参与国家自然科学基金项目(基于时域频谱利用概率分布曲线拟合的频谱检测研究,项目编号60772110)和华为科技基金(基于授权用户频谱利用统计规律的认知MAC机制与算法研究)的过程中取得的研究成果。论文基于博弈论模型,对认知无线电中的频谱共享问题进行了深入研究,论文内容包括如下:第一章绪论,介绍了课题的研究背景及论文基本情况。第二章说明了认知无线电的定义和功能,较细致地阐述了认知无线电的国内外研究现状,并对认知无线电频谱共享的关键技术进行了详细介绍,为论文的研究工作指明了方向。第三章系统介绍了博弈论的基本原理及纳什均衡的定义和求解,并对如何把博弈论应用到认知无线电问题的分析中进行了探讨,提出了认知无线电的博弈模型及分析的一般步骤。第四章基于完全信息动态博弈模型,提出了一种联合信道分配和功率控制的分布式频谱共享算法(JCAPCGT)。仿真分析表明,JCAPCGT算法在保证系统的平均信干比和公平性性能的前提下可显著降低系统的平均发射功率,节省CR系统的能量开销,非常适合于能量受限的CR应用场景。第五章针对CR用户无法准确获得其他用户的决策信息的情况,提出了一种基于不完全信息静态博弈模型的频谱共享算法,并对算
北京邮电人学学位论文摘要法的收敛性和收敛结果进行了理论分析。经过仿真实验,验证了算法的收敛性和有效性。第六章总结全文并指出进一步研究方向。关键词:认知无线电频谱共享博弈论频谱分配功率控制n
北京邮电大学硕J:学位论文ABSTRACTRESEARCHONSPECTRUMSHAIUNGALGORITHMFoRCOGNITIVERADIOBASEDoNGAMETHEORYABSTRACTWiththerapidevolutionofthewirelesscommunicationsinthebroadband,seamless,intelligentdirection,wehavetofaceoneofthebottleneckswhichiSthelackofspectrumresources.Atpresent.theWayofspecificcommunicationsbusinessfixedallocationforspectrumoftenbringupunevendistributionofresources.andevenawasteofthecase.Thisconflictswithwidespreadconcernofthecurrentshortageofspectrumresources.Tosolvethisproblem,theonlywayistoreusethespectrumandimprovetheutilityofspectrumresource.Cognitiveradiotechnologyasasmartspectrum-sharingtechnologieswillbeeffectiveinalleviatingthesecontradictions.Throughsensingfrequencydomain,timedomainandspacedomain,itCallautomaticallysearchandoccupyfreelicensedspectrum,reusethenon·renewableresources.Anewwayonhowtoimprovespectrumutilizationofthewirelesscommunicationsundertheconditionsoflimitedspectrumresourceshasbeenaddressed.Thedissertationispartofresultsoftweoprojects,whichare“ResearchofSpectrumDetectionBasedonTime.domainProbabilityDistributionCurveEstimationofSpectrumUsage'’sponsoredbyResearchFundofNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.60772110)and“ResearchofSpectrumSensingandDynamicSpectrumAccessofCognitiveRadio’’sponsoredbyScienceandtechnologyFoundationofHuiwei.Thisdissertationanalysesthespectrumsharingproblemincognitiveradiobasedongametheory.Themainissuesofthispaperareasfollows:Chapterlintroducesthebackgroundofstudyaboutspectrumsharingincognitiveradioandthestructureofthisdissertation.III
北京邮咆大学坝:}:学位论文ABSTRACTChapter2introducesthedefinitionandthefunctionofcognitiveradiobriefly,summarizesactualitiesabouttheresearchonCR,explaineskeytechnologyofspectrumsharingincognitiveradio.ThenthetargetofresearchiSsubmittedforstudyaboutspectrumsharingproblem.Chapter3systemanalysesthebasicprinciplesofgametheoryandthedefinitionandsolutionofNashequilibrium,discusseshowtoapplygametheorytothecognitiveradio,putsforwardacognitiveradiogamemodelandanalysisgeneralsteps.Chapter4,basedonincompleteinformationdynamicgamemodel,proposesajointchannelallocationandpowercontrolspectrumsharingalgorithmindistributednetwork(JCAPCGT).Simulationanalysisshowedthat,JCAPCGTalgorithmcansignificantlyreducetheaveragetransmissionpowerandsaveenergycostsofCRnetwork,underthepremiseofguaranteeingtheaverageS仆瓜andfairnessperformanceofCRsystem.JCA-PCGTalgorithmisverysuitablefortheapplicationofenergy-constrainedCRnetwork.Chapter5,forthesituationofCRusercannotacquireotherusersaccuratedecision-makinginformation,basedonincompleteinformationstaticgamemodel,putsforwardaspectrumsharingalgorithm.Andtheconvergenceandtheconvergenceresultsofalgorithmhasbeentheoreticalanalysised.Simulationexperimentsvalidatetheconvergenceandeffectivityoftheproposedalgorithm.Finally,summarizesthedissertationandpointsoutthedirectionsforfurtherstudy.KEYWORDS:cognitiveradio,spectrum-sharing,gametheory,spectrumallocation,powercontrol1V
北京邮电大学硕.上学位论文缩略语缩略语英文缩写英文全拼中文BSBaseStation基站CBSChannelborrowingscheme信道借用方案aCognitiveRadioapproachforusage一种基于认知无线电的CORVUS虚拟非许可频谱的利用ofVirtualUnlicensedSpectrum方法CPECustomerPremiseEpuipment用户预订设备CRCognitiveRadio认知无线电CRNCognitiveRadioNetwork认知无线电网络DefenseAdvancedResearchProjects美国国防高级研究计划DARPA‘Agency局、DCADynamicChannelAllocation动态信道分配DSADynamicspectrumaccess动态频谱接入DSADynamicSpectrumAllocation动态频谱分配DS.UWBDirect—SequenceUWB直序列超宽带EPFExactPotentialFunction严格势力场函数EPGExactPotentialGame严格势力场博弈FCAFixedChannelAllocation固定信道分配FCCFederalCommunicationsCommission美国联邦通信委员会ISMIndustrial,Scientific,andMedical工业、科学和医用IEEEInstituteofElectriicalandElectronics电气和电子工程师学会EngineerslTMAInterferenceTemperatureMultiple干扰温度多址接入AccessITUIntemationalTelecornmunication国际电信联盟UnionJointChannelAllocationandPower基于博弈论的联合信道JCAPCGTControlbasedGameTheory分配和功率控制MACMediaAccessControl媒体接入控制第39页共47页
北京邮l乜人学顾:Jj学位论文缩略语MPMaximumPacking最大打包MPFMaxProportionalFair比例公平性算法MSMobileStation移动站NationalRadioNetworkResearch美国国家无线电网络研NRNRTTestbed究实验床OfeomO伍ceofCommunications英国通信办公室QoSQualityofService服务质量RAARandomAllocationAlgorithm随机分配算法RCARandomChannelAllocation随机信道分配RadioKnowledgeRepresentationRKRL无线电知识描述语言LanguageRNCRadioNetworkController无线网络控制器SDRSoftwareDefinedRadio软件定义无线电SDRF软件定义无线电论坛SoftwareDefinedRadioForumSINRSignal·-to-·InterferenceandNoiseRatio信干比SNRSignaltoNoiseRatio信噪比TPCTransmitPowerControl发送功率控制TSCTimeslotscoring基于时隙打分UWBUltra.、MdeBand超宽带WRANWirelessRegionalAreaNetwork无线区域网络WWRFWirelessW6订dResearchForum无线世界研究论坛XGneXtGeneration下一代无线第40页共47页
独创性(或创新性)声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。本人签名:垄戤一日期:型兰兰:坐关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后遵守此规定)保密论文注释:本学位论文属于保密范围,在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书。本人签名:丝童趁是。导师签名:帑芑一对k/h<‘o嗍塑型兰
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