基于博弈论的频谱共享算法研究

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1、南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要摘要为了解决频谱资源的匮乏和目前固定分配频谱利用率较低的问题，认知无线电技术应运而生，而频谱共享机制是认知无线电系统繁荣核心。博弈论是帮助分析决策选择问题的有效工具，我们可以利用它对频谱共享问题进行研究分析。但近年来出现的一些基于博弈论的研究方法，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，建立了认知无线电网络频谱共享的系统框架，构建了认知无线电场景下的博弈模型，随后结合实际情况，针

2、对主次用户共享频谱问题设计了几种不同的基于博弈论的频谱共享算法。首先讨论了多各主用户同时租借频谱的情况，引入了频谱差异性的概念，以改善主用户的频谱利用率为最终目的，分析了主用户的频谱占有率这一参数对主用户共享频谱的积极性和主用户频谱利用率的影响。随后论文引入需求因子的概念，提出了改进的次用户博弈效用函数，该函数中的频谱需求度参数不仅考虑了次用户因为业务不同而导致对频谱需求不同这一因素，而且还考虑了可以共享到的频谱数量对需求的影响，次用户共享的频谱越多，则对频谱的需求度会相对降低，因此本文提出的效用函数中的需求度是共享频谱的函数，是一个变量，它更加准确地描

3、述了认知无线电系统中次用户对频谱需求的特性，可以更好地体现频谱分配的公平性。论文分析了频谱需求度函数对博弈频谱共享算法的影响，通过理论分析和仿真证明了所提出算法的正确性，并且存在纳什均衡。随后本文又提出了一种基于拍卖理论和补偿激励的频谱共享新算法，该算法基于简化的VCG拍卖模型，引入次用户间的合作关系，并运用货币补偿激励原则，建立了相应的合作型竞争的频谱博弈模型。该博弈模型不仅具有非合作博弈模型的可自动实施性的决策模式特点，还兼有具有寡头联合模型的公平性的特点。此外，由于本文采用的通信系统模型为拍卖模型，所以主用户可采用“预留带宽”措施来保证自身性能不受

4、次用户共享频谱的影响，更好的保证了主次用户间的频谱共享环境。通过理论分析和仿真证明了所提出算法的正确性和公平性。关键词：认知无线电，博弈论，频谱共享，需求因子，拍卖理论，补偿激励I南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要AbstractCognitiveradioisbornwhichbringsapromisingfuturetosolvetheproblemofspectrumshortageandimprovethelowefficiencyofspectrumutilization.Andspectrumsharingisalwaystheandpro

5、sperityinthecognitiveradiosystem.Sinceitsconceptwaspioneered,theresearchmethodbasedongametheoryemerges.Gametheory,whichbasedontheprecisemathematicalmodels,isausefultooltosolvetheconflictproblembetweenthedecisionmakersandhelpthemtomakedecisionsintherealworld.Buttheresearchisnotmuc

6、handtheexistingalgorithmislimited.Therefore,todevelopthenewspectrumsharingmodelsandtheapplicationofgamealgorithmsisextremelymeaningfulbothintheoreticalandrealisticaspects.Inthisthesis,firstly,thetheoreticalframeworkofspectrumsharingsystemincognitiveradionetworkisestablishedandthe

7、gamemodelforthespectrumsharingincognitiveradionetworkisproposedbasedontheanalysisoftheexistingspectrumsharingmodels.Secondly,withtheapplicationofthismodel,threegametheoreticalalgorithmsaredesigned.Thelendingspectrumbehaviorofprimaryusersincognitiveradioisanalyzedusinggametheory.W

8、iththeapplicationofthegamemodelforthespe