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
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