改进的认知无线电频谱共享博弈模型

第３１卷第２期２０１０年２月

通信学报

ＪｏｕｒｎａｌｏｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ

Ｖ０１．３ｌＮｏ．２

Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０１０改进的认知无线电频谱共享博弈模型

黄丽亚，刘臣，王锁萍

（南京邮电大学电子科学与工程学院，江苏南京２１０００３）

摘要：提出了一种改进的认知无线电频谱共享模型。该模型综合考虑了主用户的收益受到所有次用户请求带宽的影响，以及每个次用户的收益受到其他次用户请求带宽的影响；同时，与次用户竞争的主用户能够通过选择最佳带宽定价来获得最大的收益，相互竞争或合作的次用户通过从有限的频谱中改变请求频谱带宽来获得最大收益。对改进模型的静态博弈、动态博弈及其稳定性、帕累托最优等特性的仿真结果证明该模型适应实际情况。

关键词：认知无线电：频谱共享；博弈论；Ｃｏｕｍｏｔ博弈

中图分类号：ＴＮ９２９．５文献标识码：Ａ文章编号：１０００．４３６Ｘ（２０１０）０２．０１３６—０５

Ｉｍｐｒｏｖｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍｓｈａｒｉｎｇｍｏｄｅｌｉｎｃｏｇｎｉｔｉｖｅ

ｒａｄｉｏｓｂａｓｅｄｏｎｇａｍｅｔｈｅｏｒｙ

ＨＵＡＮＧＬｉ—ｙａ，ＬＩＵＣｈｅｎ，ＷＡＮＧＳｕｏ—ｐｉｎｇ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｄｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉ∞ｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｌａｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｓａｎｊｉｎｇ２１０００３。Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍｓｈａｒｉｎｇｍｏｄｅｌｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｃｏｇｎｉｔｉｖｅｒａｄｉｏｓ．Ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｍｏｄｅｌｃｏｎｓｉｄｅｒｓｃｏｒｎ?

ｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｐｒｉｍａｒｙＵＳｅｒｓ’ｐｒｏｆｉｔｓｂｙａｌｌｓｅｃｏｎｄａｒｙＵＳｅｒｓ’ｂａｎｄｗｉｄｔｈｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ａｎｄ

ｉｍｐａｃｔｏｎｅｖｅｒｙ

ｓｅｃｏｎｄａｒｙｕｓｅｒ’ｓｐｒｏｆｉｔｂｙｏｔｈｅｒｓｅｃｏｎｄａｒｙｕｓｅｒｓ’ｂａｎｄｗｉｄｔｈｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｐｒｉｍａｒｙＵＳｅｒｓｉｎ

ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ

ｗｉｔｈ

ｓｅｃｏｎｄａｒｙｕｓｅｒｓｃａｎ

ｇａｉｎｍａｘｉｍｕｍｐｒｏｆｉｔｓｂｙｆｉｎｄｉｎｇ

ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐｒｉｃｅｏｆｂａｎｄｗｉｄｔｈ，ｓｅｃｏｎｄａｒｙＵＳｅｒｓｃｏｍｐｅｔｅｏｒｃｏｏｐ－

ｃｒａｔｅｗｉｔｈｅａｃｈｏｔｈｅｒＣａｎ

ｇａｉｎｍａｘｉｍｕｍｐｒｏｆｉｔｓｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｄｓｐｅｃｔｒａｌｂａｎｄｗｉｄｔｈｓｉｎｌｉｍｉｔｅｄｓｐｅｃｍａｎ．Ｔｈｅ

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｍｏｄｅｌ，ｓｕｃｈａｓｓｔａｔｉｃｇａｍｅ，ｄｙｎａｍｉｃｇａｍｅａｎｄｉｔｓｓｔａｂｉｌｉｔｙ，Ｐａｒｅｔｏｏｐｔｉｍａｌ，ｈａｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｉｓｍｏｄｅｌａｄａｐｔｓｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｇｎｉｔｉｖｅｒａｄｉｏ；ｓｐｅｃｔｒｕｍｓｈａｒｉｎｇ；ｇａｍｅｔｈｅｏｒｙ；Ｃｏｕｒｎｏｔｇａｍｅ

１引言

频谱在无线通信中是稀缺的资源。传统的频谱分配方式静态地分配频谱，频谱利用率很低，很多时候，频谱并没有被完全利用…，而近年来对无线服务的需求不断增大，因此频谱资源日益紧张。认知无线电频谱共享技术可以有效地解决频谱资源紧张问题。在认知无线电频谱共享网络中，主用户拥有频谱授权，而次用户没有。具有频谱认知能力的次用户可以利用主用户尚未使用的频谱，主用户通过向次用户出让暂时不用的频谱，能够获得额外收益【２】ｏ

现有的频谱共享方法大致分为两类：一类是针对单个用户进行研究，不考虑用户之间的关系；另一类则对多个用户的合作或竞争关系进行研列３１。由于实际网络中大多存在多个用户，因此后一类的研究更有实际意义。在多用户竞争的频谱共享方法中，基于博弈论的频谱共享方法是研究的热点。比

收稿日期：２００９—０６—０３；修回日期：２０１０－０１．０９

基金项目：国家高技术研究发展计划（“８６３”计划）基金资助项目（２００９ＡＡ０１２２１２）

ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＩｔｅｍ：ＴｈｅＮａｔｉｏｎａｌＨｉｇｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｒｏｇｒａｍｏｆＣｈｉｎａ（８６３Ｐｒｏｇｒａｍ）（２００９ＡＡ０１２２１２）万方数据

第２期黄丽亚等：改进的认知无线电频谱共享博弈模型?１３７?

如Ｚｈａｏ等人提出部分可观察马尔可夫决策模型１４］，Ｈｕａｎｇ等人提出能够限制参与者行为的拍卖竞争模型１５Ｊ，Ｎｉｙａｔｏ等人提出基于Ｃｏｕｍｏｔ博弈的频谱共享模型吲等。

本文对基于Ｃｏｕｍｏｔ博弈的频谱共享模型进行了改进。探讨改进模型建立的前提，首先从主用户获得最大收益的角度分析主用户制定最佳单位带宽定价的方法，接着在给定主用户频谱带宽定价的情况下，分析次用户请求带宽大小、次用户相互问的竞争和频谱效率等因素对次用户的收益的影响，分析次用户在静态博弈、动态博弈和相互合作时，选择最佳请求带宽以获得最大收益的方法，最后给出改进模型的性能仿真结果。

２频谱共享的博弈模型

基于Ｃｏｕｍｏｔ博弈的频谱共享模型适用于含有单个主用户和多个次用户、频谱资源有限的认知无线电网络中，博弈存在于各个次用户之间，博弈的结果是使每个次用户的收益达到最大。模型给出的主用户单位带宽定价缺乏依据，仅考虑次用户的收益，并且每个次用户的收益仅受到其向主用户请求频谱带宽和频谱效率的影响。

本文对该模型进行改进，将研究的含有多个主用户和多个次用户的认知无线电网络进行简化。首先分析次用户请求的频谱带宽对主用户收益的影响，主用户为获得最大收益该如何选择最佳单位带宽定价，主用户根据预测的次用户可能的请求带宽得出最佳单位带宽定价具有可取性；接着在主用户给定单位带宽定价的前提下，分析次用户收益除受到请求带宽大小和频谱效率的影响外，受到来自其他次用户请求的频谱带宽的影响，分析表明，次用户相互合作比相互竞争能够使各方得到更大收益，说明考虑次用户的收益受到次用户间相互竞争的因素影响是有必要的；最后分析次用户在静态博弈、动态博弈和相互合作时选择最佳请求带宽以获得最大收益的方法，分析表明，次用户在静态博弈、处于稳定区间的动态博弈或相互合作时，都能使各自的请求带宽达到纳什均衡点，从而使收益达到最大。

２．１无线传输频谱共享系统

认知无线电网络中大多存在多个主用户和多个次用户，主用户拥有频谱的使用权，次用户需要从某一主用户租借频谱带宽。文献【７】指出，癌多个主用户整合各自的频谱资源，作为一个整体向次级用户提供带宽时，主用户会获得更多的收益，次用户得到的服务质量将会提高，频谱接入费用也会减少。因此，这里将所有主用户视为一个合作的整体，称之为主系统，这样认知无线电网络就简化为由一个主系统和多个次用户组成的系统。

２．２主系统的最佳带宽定价

主系统的单位带宽定价受所有次用户请求的总带宽影响，主系统需要根据预测的次用户请求的总带宽来制定单位带宽定价，以获得最大收益。

所有次用户的总收益与所获得的总带宽呈非线性关系。虽然次用户得到带宽越多，传输数据得到的收益越多，但是主系统会相应提高单位带宽定价，使得次用户的频谱接入费用提高。次用户的收益一般是关于其获得的带宽的凸函数【ｓ】，这里假设次用户的总收益函数为

【，，（６）＝ｃｂ７一ｐｂ，０＜ｂ＜‰（１）

其中，Ｐ为主系统的单位带宽定价，ｂ为所有次用户请求的总带宽，Ｃ为大于０的常数，劝取值区间为（０，１）的常数，ｋ。。为所有次用户需要的最大带宽。次用户的收益不会小于０，因此Ｕ。（易）总是不小于０。

次用户调整向主系统请求带宽的大小，以获得最大收益。由ｕ：（６）＝０，得到次用户总收益最大时的请求带宽为

ｌ

口：ｆ，旦Ｆ

Ｌ盯／

（２）主系统向次用户租让带宽获得收益的同时，得到的服务质量会下降。设服务质量损失为每单位带宽Ｗ，次用户请求带宽８，则主系统的收益函数为

Ｕｐｋｐ）２ｐＤ—ＷＢＵ）对上式进行一阶求导得：

了ｄＵｐ（ｐ）珊（ｐ—ｗ粤ａｐ（４）

ａｐ

由式（２）得面ｄｐ＝ｃｆｐ一１）Ｂ～，代入上式，并令ｕ；（ｐ）＝ｏ，ｚ…Ｉ………、ｚ．导最大收益的最佳单

位带宽定价应为

Ｐ＝ｗ－Ｂｄ。Ｐ。：ｗ—ｃｒ（ｆ一１）曰７—１（５）

衄

万方数据

?１３８?通信学报第３ｌ卷

２．３次用户的静态博弈

主系统确定单位带宽定价后，向次用户提供的

总带宽将保持不变。在这种情况下，每个次用户请

求带宽的大小要受到其他次用户请求带宽大小的影响，这里用参数滚示影响的程度【９】。诹值范围为【Ｏ，ｌ】，当伽时，次用户不会受其他次用户请求带宽的影响，ｗ－１时，次用户受其他次用户请求带宽的影响达到最大。

作为数据发送方的次用户ｆ从主系统获得带宽易ｊ后，调整数据传输速率，如果收益为每单位传输速率托，则次用户ｆ的频谱传输效率为

ｔ＝ｌｂ（１＋Ｋ形）

（６）其中，Ｋ为由接收方误码率门限决定的常数１１０】。

如果主系统采用最佳单位带宽定价Ｐ，次用户得到的带宽间的保护带宽忽略不计，则次用户ｆ的收益函数为

，，，、Ｕｉ＝ｚｉｋｉｂｉ一鲋ｗ—ｃｆ＠一１）易’１卜－ｙＩ寺砰＋觑∑岛ｌ

＼‘ｊ＃ｉ／

（７）

卫

其中，ｂ为所有次用户请求的总带宽，即ｂ＝＞：饥，

ｉ＝ｌⅣ为次用户个数。

具体纳什均衡算法见文献【６】，这里给出结论。

从式（７）得到次用户ｊ的最佳请求带宽为耳＝盟等笋

‘

ｃｆ（１一ｆ）２易７—２

（８），其中，ｂ由Ｆ式求得：

＿Ⅳ

盯（ｆ—１）（Ⅳ十ｆ—１）６’１一Ⅳｙ６＝＾ｆｗ一∑形ｔ（９）

ｆ－ｌ

２．４次用户的动态博弈

动态博弈开始时，次用户尝试请求比较少的带宽，然后慢慢增加请求带宽，同时，主系统不断调整单位带宽定价，最终，次用户和主系统的收益都达到博弈时的最大点。

设ｂｉ［ｔ１为次用户ｆ在时刻ｔ请求的带宽，ＵｊＩｔ】为次用户ｌ在时刻ｔ获得的收益，以Ｆ分２种情况讨论。

完全信息动态博弈时，次用户ｆ根据在上一个时刻ｔ其他次用户请求的带宽大小，计算得出时刻ｔ的最佳请求带宽，把它作为在件ｌ时刻的请求带宽，即：

岛【ｆ＋ｌ】＝筇【妇（１０）

不完全信息动态博弈时，次用户ｉ在时刻ｔ试探性地对请求带宽进行略微变化，得到收益与请求带宽的变化关系－－丽ａＵｉ［ｔ］，在ｆ＋ｌ时刻的请求带宽为ｂｉ［ｔ＋ｌＭＭ懈吲端（１１）其中，参数％反映次用户ｉ对观察到的收益与请求带宽的变化关系的信任程度№１。

下面分析不完全信息动态博弈时，次用户请求的带宽能够收敛到稳定状态的稳定区间。由式（１１）得：

鬻小啦端嘲吲哿ｃ?劲

黼嘲Ｍ丽ａ２Ｕ丽ｉ［ｔ］（１３）将式（１２）、式（１３）代入雅各布矩阵，得：

ｊＪ＝（１４）

令矩阵．，的所有特征值的绝对值小于ｌ，得到儡（ｆ＿ｌ，２，…朋的相互关系，即为不完全信息动态博

弈的稳定区间ｐＪ。

２．５帕累托最优

纳什均衡中，次用户是相互竞争的关系。当次用户相互合作，以总收益最大为目的时，所得到的结果为帕累托最优。分析帕累托最优的算法见文献【９】，这里给出结论。从式（７）得到帕累托最优时次用户ｆ的请求带宽为

魂：兰丛型！生芝二丝（１５）

ｙ

其中，ｂ由下式求得：

“一阱川一吲

±Ⅲ

眦一‰业砜；玳一氓

州一圳一Ⅲ

删一Ｍ

Ⅵ一蝴坐埘；玳一埘

Ｍ—Ｍ砒一Ⅲ；Ⅵ一Ⅷ

万方数据

第２期黄丽砭等：改进的认知无线电频谱共享博弈模型

Ｎｃｒ２（ｒ－１）ｂ’１一（２Ⅳ一１）ｖｂ＝＾ｗ一乏：ｚ毛

（１６）

百

从式（８）和式（１５）可以看出，次用户在帕累托最优时的请求带宽比纳什均衡时的请求带宽更大。次用户互相合作可以获得更大收益。

３仿真结果与分析

本节在ＭＡｌｒＬＡＢ环境Ｆ，对改进的认知无线电频谱共享模型的静态博弈、动态博弈及其稳定性和帕累托最优进行分析。参数设置：认知无线电系统中有一个主系统和２个次用户，主系统与次用户共享的带宽为２０ＭＨｚ，主系统服务质量损失为每单位带宽１ＭＨｚ，２个次用户的误码率门限值为８ＭＨｚ，每单位传输速率所获得的收益为１０ｄＢ，参

数嗽为０．５，参数破为０．４。

３．１最佳请求带宽和纳什均衡

图ｌ是在不同信道质量条件Ｆ，２个次用户最佳请求带宽的关系。从图中可以看ｍ，纳什均衡点的位

置受信道质量和参数潮影响：信道质繁提高时，次用户会请求更多的带宽；参数增加时，次』钉户问的

影响变大，次用户的最佳请求带宽减少。次用户数量大于２时，以卜结论依然成立。当系统存在３个次用户时，每个次用户的最佳请求带宽函数町以表示为一个平面，３个平面的交点即为纳什均衡点。

Ｚ

毛１０

塞ｓ

宅＊６磐

皿４旺

蛞２

ｋ

值双参

—÷÷一＾渺．。１０，：＿＿ＩｆＪｌ’０

２

＋＾：（７．＝１２．Ｔ２－－１２．咖２

—?一＾：（：ｔ．一Ｉｏ。ｙ：２Ｉｏ，ｒ卸５

一－Ｘ－一＾：（ｙ．１０，７：一１０，ｖ．０

２。噎一峭）’．２１２．如。１２。ｗ０

２一＋一＾ｈ。１０。）：Ｉｏ．＊－０

５

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０

２

４

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可

１０

１２

次用户ｌ请求的带宽ｂ．／ＭＨｚ图ｌ最佳请求带宽和纳什均衡点

１４

主系统对参数确选取直接影响单位带宽定

价和次用户请求的总带宽。图２反映不同信道质

量条件下，参数耐主系统收益的影响。从图中可

以看出，存在参数石使主系统按此制定单位带宽定价时，能获得最大收益。信道质量提高时，次用户会请求更多的带宽，从而主系统可以获得更多的收益。

参数７

图２参数环同时主系统的收益

３．２动态博弈和稳定区间

设动态博弈初始时刻次用户的请求带宽为１ＭＨｚ，单位传输收益”分别为ｌｌｄＢ、１０ｄＢ，次用户请求的带宽随时问的变化如图３所示。从图中可以看出，次用户ｌ和次用户２稳定时刻的请求带宽大约分别为４ＭＨｚ和３ＭＨｚ。完全信息动态博弈时，次用户请求的带宽可以很快达到稳定状态；不完全信息动态博弈时，次用户请求带宽的收敛速度依赖于参数％：口ｉ越大，收敛到稳定状态需要的时间越多，磁超过稳定区问范围时，请求带宽将无法收敛。由于次用户１的单位传输速率收益大，因此次用户ｌ请求的带宽更大。

５．０４５

‘１７…

次用户ｌ清求的带宽

次朋户２请求的带宽

２４

６

８１０

时间

图３动态平衡收敛到纳ｆｆ‘均衡

图４是不同信道质量条件下，不完伞信息动态博弈的稳定Ｉｘ＝问。如果％和啦取值位于稳定区问内，则次用户在不完全信息动态博弈时，请求的频谱带宽最终能够收敛到稳定状态，否则次用户的请求带宽将一直处于波动状态，无法收敛。信道质量提高，会使稳定区间变小。３．３帕累托最优

图５反映在纳什均衡和帕累托最优时，次用户ｌ

的最佳请求带宽与参数Ｖ的关系。从图中可以看出，

０

５

Ｏ５

¨

‘

４３３２２

，

℃囔矽ｉ；｜

‰

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万方数据

通信学报第３ｌ卷

欢用户Ｉ的调整参Ｈａ．

图４不完全信息动态博弈的稳定区间

参数ｖ

图５纳什均衡和帕累托最优时的最佳请求带宽

帕累托最优时，由于次用户进行合作，相互间几乎没有影响，次用户的请求带宽随参数潮变化很小；而纳什均衡时，次用户请求的带宽随着参数啪增大迅速减小；在整个沤间上，次用户在帕累托最优时请求的带宽比纳什均衡时请求的带宽更大，因此次用户相互合作比相互竞争时能够获得更多的收益。

４结束语

本文对基于Ｃｏｕｒｎｏｔ博弈的频谱共享模型做了改进。改进模型将认知无线电网络中的多个主用户视为一个主系统，综合考虑主系统与次用户间的博弈关系和次用户之间博弈关系，分析主系统该如何选择频谱带宽定价才能获得最大收益，次用户该如何选择请求频谱带宽才能获得最大收益。对该博弈模型的静态博弈、动态博弈及其稳定性和帕累托最优等特性的仿真结果说明改进的博弈模型是合理的。改进的模型适用于频谱资源有限的认知无线电环境中，前提假设是所有主用户相互合作。下一步研究工作将致力于将模型扩展到各个主用户相互竞争，频谱资源丰富的认知无线电网络环境中。

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ｆｏｒ

ｔｒａｄｉｎｇｃｈａｎｎｅｌｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｎＳｅｌｅｃｔｅｄＡｒｅａｓｉｎ

Ｃｏｍｍｕｎｉ－ｃａｔｉｏｎｓ，１９９叮，４５（１０）：１２１８?１２３０．

作者简介：

黄丽亚（１９７２．），女，湖南绥宁人，

南京邮电大学副教授、硕士生导师，主要研

究方向为通信网络的性能分析、流量建模、

ＱｏＳ理论与技术、网络安全理论与技术。

刘臣（１９８５．），男，辽宁普兰店人，南京邮电大学硕士生，主要研究方向为通信网络的理论与技术。

王锁萍（１９４６－），男，江苏丹阳人，南京邮电大学教授、博士生导师，主要研究方向为通信网络的性能分析、流量控制、Ｑｏｓ理论与技术、单播组播路由算法、任意通信及网络

安全理论与技术以及信源编码、信道编码的理论与技术。

万方数据

改进的认知无线电频谱共享博弈模型

作者：黄丽亚， 刘臣， 王锁萍

作者单位：南京邮电大学,电子科学与工程学院,江苏,南京,210003

刊名：

通信学报

英文刊名：JOURNAL ON COMMUNICATIONS

年，卷(期)：2010，31(2)

引用次数：0次

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相似文献(10条)

1.学位论文田峰认知无线电频谱共享技术的研究2007

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，频谱资源越来越紧缺。如何进一步提高频谱利用率，从而进一步提高系统容量和通信服务质量是下一代无线通信亟待解决的问题。认知无线电CR频谱共享技术的研究是一个崭新的课题，在新一代无线通信网络中具有非常广阔的应用前景。 传统的固定频谱分配导致了注册用户(即主用户PUs)频谱利用率低，产生了大量的频谱空穴，造成了频谱资源的浪费：考虑在不同网络结构和用户分布情况下，结合信道分配、功率控制、干扰避免和机会调度等方法，认知无线电频谱共享技术研究的主要目的在于通过感知主用户的存在，提出自适应的策略，充分利用空闲频谱而不干扰主用户，从而极大的提高频谱利用率。因此本文首先提出基于循环平稳谱估计和支持向量机的频谱感知方案，在感知的基础上，紧紧围绕着频谱共享技术展开讨论，从合作博弈、非合作博弈的不同角度提出了频谱分配和共享的新算法和新策略，最后着重考虑主用户的随机到达导致频谱空穴的时变特性，提出了机会频谱调度新算法. 本文主要包含以下内容： 第一，研究了认知无线电频谱共享技术的现状和发展情况。深入研究了频谱共享技术中的关键技术，重点分析了实现频谱共享技术中的频谱感知、频谱分配和机会频谱调度等技术的技术难点、理论基础和国内外研究进展。 第二，研究了基于循环平稳谱估计和支持向量机的频谱感知实现方案。根据主用户信号内在的周期性并考虑支持向量机SVM可以克服神经网络结构复杂且容易陷入局部极小等固有的缺陷，本文提出利用谱分析SCF提取感知信号的循环平稳特征，通过有效的数据处

理输入到支持向量机SVM进行特征分类，从而获取频谱使用状况和主用户分布等参数，实现实时可靠的频谱感知，为频谱共享打下基础。仿真表明，该方案具有较高的主用户识别率，有效的数据处理也减小了计算量。 第三，深入研究了合作博弈论中基于非对称纳什协商方案的频谱分配和共享问题。为保证合作方式下多用户频谱共享的公平性和有效性，且考虑到不同用户对于感知的不同贡献，本文采用基于MIMO-OFDMA的认知无线电系统，提出了基于非对称纳什协商方案ANBS的效能函数，设计了多用户最优匹配及两两协商新算法，并证明其收敛性，最终实现了基于感知贡献加权的比例公平性频谱共享.仿真结果表明，提出的方案不仅实现了频谱资源的公平有效分配，而且有利于频谱感知的最大化。 第四，深入研究了非合作博弈论中基于囚徒困境和重复囚徒困境模型下的频谱分配及共享问题。在高斯干扰信道中，多个认知用户共存并相互干扰。基于囚徒困境模型，自私理性的用户贪婪地扩展自身所占频谱空间，并通过频分复用或迭代注水等方式实现最大化自身速率，最终导致了纳什均衡，本文分析得到该模型下信噪比与干扰增益的关系，进而在该条件下仿真和分析竞争频谱共享的性能：另外为了解决上述囚徒困境导致的个体理性与群体理性的矛盾，本文提出采用不同的进化策略实现认知用户间的无限重复博弈，导致用户问的合作，通过仿真比较了不同的进化策略在不同噪声环境下的性能，优化的策略如TFT，GTFT可以使认知用户从竞争走向合作，得到全局优化的频谱共享性能。 第五，深入研究了分布式环境中认知用户通过机会调度实现频谱共享的问题。考虑到主用户的随机到达和信道的时变衰落同时影响感知频谱的可用性，本文提出公平有效且最小化干扰的调度机制，采用离散随机逼近算法解决传输模式选择的优化问题，即传输用户子集选择和信道分配问题，从而充分利用空、时、频域资源实现频谱共享。仿真结果显示了几种机制下算法优化的逼近性能，并在速率、公平性和干扰等方面得到满意的折衷。 最后是全文的总结，并指出有待进一步研究的方向。

2.期刊论文张爱清.叶新荣.丁绪星.ZHANG Ai-qing.YE Xin-rong.DING Xu-xing认知无线电中的频谱共享技术-

通信技术2009,42(2)

认知无线电(cognitive radio,CR)具有动态重用空闲频谱资源的能力,可以有效提高频谱利用率,是一种智能的频谱共享技术.文章给出了一种频谱共享的过程,阐述了频谱共享各个步骤包括频谱感知、频谱分配、频谱接入和频谱移动的概念、功能和研究现状,分析了频谱共享的关键技术,重点介绍了其中的频谱池策略、频谱分配算法和功率控制算法.

3.学位论文陈劼基于认知无线电的分级频谱共享网络关键技术研究2008

认知无线电技术从研究初期较窄的概念范畴，到如今作为未来通信的十大热点技术之一，涉及网络架构和从物理层到网络层等多个层面关键技术的研究。本文从认知无线电技术特性出发，提出了基于认知无线电的分级频谱共享网络架构，并对该网络架构下的频谱管理与分配，性能优化中的跨层设计等关键技术进行了研究。 本文首先在第一章中探讨了认知无线电的研究背景与研究意义，回顾和总结了认知无线电网络架构以及关键技术的研究与存在问题，从认知无线电技术特性对于认知无线电网络架构及关键技术的影响出发，指明了本文的研究动机和出发点。 针对认知无线电网络中的频谱异构性以及存在的干扰，在第二章中提出了基于认知无线电技术的分级频谱共享网络架构，包括分级频谱共享思想、实现该网络架构所需的可用频谱识别、分类方法与准则，以及不同业务应用情况下如何利用不同类型频谱的通信机制。构建了该网络架构下的协议栈模型框架，明确了协议栈中与分级频谱共享特性密切相关的功能。该网络架构可以灵活方便地实现网络结构优化和满足动态频谱分配的需要，且能有效地扩展可用频谱资源。

第三章提出了分级频谱共享网络中ad hoc通信模式下基于博弈论的协作式频谱礼仪，通过利用认知用户之间共享有用信息，协调认知用户之间的行为

，从而满足用户的通信需要。仿真表明，该频谱礼仪能快速收敛，且具有较强的抗干扰能力。 根据第二章中的通信机制，第四章提出了分级频谱共享网络架构中不同类型频谱的选择准则，以及不同频谱类型对应不同情况下的频谱分配控制机制，指出根据网络情况及其相应的通信机制来确定选择分布式控制方式、集中式控制方式或者二者相结合方式。此外，提出了基于图论模型、考虑用户需求的两种频谱分配算法，一种仅考虑用户需求，另一种除考虑用户需求外，还考虑频谱分配中的公平性问题。前者能更好地满足用户需求，而后者能很好地满足用户需求和公平性。 论文最后部分研究了分级频谱共享网络的跨层优化问题。提出了结合频谱特性的路由选择策略，运用最大化最小干扰余量准则，从而选择稳定性高的路由，该路由选择策略优于随机选择策略，能有效地降低对授权用户的干扰。同时，提出了链路调度与功率控制联合设计算法，主要考虑干扰受限的情况下，如何保证在最短时间内，使得有向链路的通信需求都得以满足。该算法使系统的吞吐量以及调度性能都得到明显提高。

4.期刊论文张然然.刘思杨.谢刚.刘元安.Zhang Ran-ran.Liu Si-yang.Xie Gang.Liu Yuan-an认知无线电下行链

路中的频谱共享算法-电子与信息学报2009,31(5)

该文提出了一种适用于下行认知无线电系统的频谱共享算法,在保证对授权用户的干扰低于限制和总发射功率受限的条件下最大化系统总容量.分析了对授权用户的干扰并给出设置干扰限制的方法,在此基础上分两步实现总容量的最大化:先通过最大信道信干噪比原则实现最优的子载波分配;然后利用提出的双注水方法计算最优的功率分配.仿真结果表明,相比传统的频谱共享算法,该算法可以获得显著的系统容量增益.

5.学位论文秦文丽基于博弈论的认知无线电频谱共享算法研究2008

随着无线通信技术在人们日常生活中的广泛应用，频谱资源匮乏问题日益严重。研究表明，目前的固定频谱分配制度导致资源平均利用率低下，且极不平衡。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。认知无线电的出现为解决频谱资源不足、实现频谱动态管理及提高频谱利用率开创了崭新的局面。 认知无线电中的频谱共享问题一直是国内外理论研究的热点，自认知无线电概念提出至今，不少学者提出了频谱共享问题的分析模型，它们大多是借鉴一些经典的数学理论以及微观经济学理论，近年来出现了基于博弈论的研究方法，但算法局限性大，与认知无线电系统的实际工作环境存在差异，因此研究符合实际情况的频谱共享博弈模型，拓展博弈算法的应用，具有深远的理论意义和现实意义。 本文在深入分析现有频谱共享模型的基础上，首先建立了认知无线电网络频谱共享的系统框架，提出认知无线电网络频谱共享的博弈模型，其次应用该模型，引入频谱差异性概念，设计了认知无线电网络中频谱共享的三种博弈算法——静态伯川德(Bertrand)博弈算法，动态斯坦克尔伯格(Stackelberg)博弈算法和重复博弈算法，三种算法均以主系统效用最大化为设计目标，以改善主系统频谱利用率为最终目的。最后利用数值分析的方法求解均衡结果，详细阐述了频谱的水平差异和垂直差异对主系统共享频谱的积极性和主系统频谱利用率的影响，并比较三种算法的优缺点。 数值分析结果表明，三种算法都能够提高主系统的效用，但动态算法中后行动者具有优势，效用更高，对于重复博弈算法，只要设置了适当的惩罚机制，不同主系统则相互合作

，最终实现帕累托最优，极大地调动了主系统共享频谱的积极性，而且三种算法均不同程度的改善了主系统的频谱利用率。

6.学位论文龚磊分级频谱共享网络中的分簇与路由算法研究设计2009

认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术是解决目前频谱资源紧张的有效手段。它的核心思想是二次利用已分配但却未获得充分利用的频谱，从而提高频谱利用率。从研究初期较窄的概念范畴，到如今作为未来通信的热点技术之一，认知无线电涉及网络架构和从物理层到网络层等多个层面关键技术的研究。本文在基于认知无线电的分级频谱共享网络架构上，对分簇算法和路由算法等关键技术进行了研究。 本文按研究内容的不同可以分为四个部分： 本文首先在第一部分探讨了认知无线电的研究背景与研究意义，回顾和总结了认知无线电网络架构以及存在的问题，从认知无线电技术特性对于认知无线电网络架构及关键技术的影响出发，指明了本文的研究动机和意义。 在第二部分中介绍了本文研究的出发点--基于认知无线电技术的分级频谱共享网络架构，包括分级频谱共享思想、实现该网络架构所需的可用频谱识别、分类方法与准则，以及不同业务应用情况下如何利用不同类型频谱的通信机制。并构建了高优先级用户的系统模型，最后从检查开销的角度对分级频谱共享网络的性能进行了分析。该网络架构可以灵活方便地实现网络结构优化和满足动态频谱分配的需要，且能有效地扩展可用频谱资源。 针对认知无线电网络中频谱异构性导致的公共控制信道难以获得的特点，第三部分提出了分级频谱共享网络中基于多信道接入的分簇算法。认知用户通过建立分簇结构，在同一簇内共享局部控制信道以代替公共控制信道，从而协调用户之间的行为，满足用户的通信需要。仿真表明，通过该分簇算法建立的分簇结构具有较好的稳定性，并能有效的解决公共控制信道问题。 第四部分针对分级频谱共享网络架构中的多跳通信方式，提出了路由和频谱去耦合分配算法。通过分析认知环境中的频谱动态性和路由间歇性等问题，并对路由尺度的计算和路由发现过程等方面的详细描述，设计了此算法，同时通过大量的计算机仿真来验证所提算法的性能。

7.期刊论文田峰.杨震.Tian Feng.Yang Zhen一种基于非对称纳什协商的认知无线电频谱共享新算法-电子与信

息学报2007,29(10)

该文研究基于MIMO-OFDMA的认知无线电系统频谱共享的新机制.首先构造了一个基于非对称纳什协商方案的效能函数,其次通过多用户最优匹配及两两协商新算法并证明其收敛性,最终实现了基于感知贡献加权的比例公平性频谱共享.仿真结果表明提出的方案不仅实现了频谱资源的公平有效分配,而且有利于最大化频谱感知的结果.

8.期刊论文田峰.杨震.TIAN Feng.YANG Zhen基于囚徒困境的认知无线电竞争频谱共享分析-南京邮电大学学报

（自然科学版）2008,28(3)

利用囚徒困境模型,分析了认知无线电用户相互竞争频谱空间的问题.自私理性的认知无线电用户贪婪的扩展自身所占频谱空间,并通过频分复用或迭代注水等方式实现最大化自身速率,最终导致了纳什均衡.比较此非合作情形下两用户的性能回报矩阵并得到该模型下信噪比与干扰增益的关系.最后在该条件下仿真和分析竞争频谱共享的性能.

9.期刊论文刘树彬.李翠然认知无线电频谱共享中的博弈论算法-山西电子技术2009(6)

首先介绍了认知无线电技术和博弈论思想,然后按照不同的分类准则,考虑无线网络资源分配的实际情况,描述了两种常用的博弈论类型:非合作型博弈模型和合作型博弈模型.重点研究了两种博弈模型在认知无线电频谱共享技术中的资源分配问题.

10.会议论文胡浩.宋俊德.周文安认知无线电系统中基于自适应OFDM的频谱共享方案2007

提出了认知无线电系统中利用自适应OFDM技术基于频谱成型实现动态频谱共享的方案。该方案通过非授权用户,OFDM信号的平均功率门限模型完成频谱成型,实现了在授权频段的频谱共享,同时克服了干扰温度模型的局部干扰问题。基于此方案,本文设计了一种新的自适应调制算法。仿真结果表明,该方案能够实现授权/未授权用户共享频谱,通过白适应的比特和功率分配,在满足目标误比特率条件下,最小化发射功率,同时有效地提高频谱利用率。

本文链接：https://www.sodocs.net/doc/e15338859.html,/Periodical_txxb201002020.aspx

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