認知無線網絡中基于博弈論的功率控制研究.pdf

1、21世紀是經濟全球化、全球信息化的嶄新世紀。隨著無線通信新技術快速發(fā)展和高速度和高質量的無線數據業(yè)務需求使得無線頻譜資源匱乏日益加劇。另外,在當前無線頻譜固定分配管理框架下,大部分頻譜資源處于低效率的利用狀態(tài)。因此,亟待解決頻譜緊缺并提高頻譜效率。一種有效且實際的方案是實現基于認知無線電網絡的高效資源分配和共享。近年來以認知無線電網絡為基礎的多種動態(tài)頻譜共享技術得到學術界和工業(yè)界的廣泛關注和研究。然而,這些新技術方案將挑戰(zhàn)傳統的分析技術

2、和方法,要求其有利于設計分布式且靈活的資源管理和控制算法。本論文基于博弈論研究認知無線電網絡的動態(tài)資源共享和分配技術,創(chuàng)新性成果如下:
　　 1.考察集中式的認知無線電網絡中非合作功率控制方案。采用納什均衡作為最優(yōu)功率控制方案的設計準則。提出一種基于信干擾比(SINR)的代價函數,借助兼顧認知用戶公平性的懲罰因子,構造一種新型效用函數?；谠撔в煤瘮到７呛献鞴β士刂撇┺哪Ｐ汀ＷC明了該博弈模型的納什均衡解的存在性和唯一性。針對當

3、前認知用戶傳輸速率多樣化的需求,提出聯合速率和功率的非合作控制方法。仿真結果表明提出的基于定價的方案有效改善納什均衡解的帕累托有效性。
　　 2.考察一種聯合動態(tài)頻譜租賃共享策略。采用一種基于定價機制的動態(tài)頻譜租賃(PBDSL)模型,充分考慮動態(tài)頻譜共享的技術特性和經濟學特性,兼顧主要用戶的頻譜收益并保障認知用戶的QoS需求。主要用戶參與該PBDSL博弈過程,并為主次用戶分別設計分布式的頻譜定價策略和傳輸策略。仿真結果表明提出算

4、法可有效保證收斂性,同時,在平均容量、能量效率和頻譜效率等方面具有一定性能改善。
　　 3.研究多個認知用戶對環(huán)境和策略等認知程度存在差異時,如何實現認知用戶分層頻譜共享。采用一種基于斯坦科爾伯格博弈的容量最大化博弈(SCMG)模型來刻畫多個認知用戶共享多個信道的問題。重點研究多個認知用戶之間存在信息不對稱的最優(yōu)決策方案設計。重點考察多個領導者和多個跟隨者的場景,證明博弈模型可等效為變分不等式模型,進而證明均衡解存在性和唯一性。

5、仿真結果表明提出的分布式算法可以有效保證收斂性,并以較低的復雜度實現最優(yōu)均衡解。
　　 4.最后,采用合作博弈實現用戶公平性和網絡效率的最佳折中。把納什議價功率控制的多耦合約束的優(yōu)化問題建模為納什議價博弈(NBPCG)模型,且干擾功率約束(IPCs)用于保護主要用戶的數據傳輸。考察了兩種經典的納什議價均衡解,即kSBS解和NBS解,并證明了這些議價合作解的存在性和唯一性。同時,在考察KSBS解時,多約束優(yōu)化問題可轉為一個簡單的向