认知无线电中频谱共享策略算法研究-开题报告

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1、一、课题研究的目的意义随着无线通信技术在日常生活中的广泛应用，特别是近年无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网(WLAN)、无线个人局域网（wpan)技术的不断发展，越来越多的人使用这些技术以无线的方式接入互联网。这些通信网络技术大多使用非授权的频段来工作，随着无线电用户和无线电新业务不断增加，虽然无线频谱拥有很大的带宽，但是频谱资源匮乏问仍然变得日益严重，频谱资源分配已经趋于饱和状态。为了有效提高频谱的利用率，认知无线电技术提供了一种有效解决有限的频谱资源紧缺的方法，它可以充分利用没用或者只有很少的通信业务的已授权频段，共享授权频谱资源。未授权的无线电

2、用户（即认知用户）通过对周围无线环境的感知，自适应的改变自身的通信参数，在保证他的通信不会影响到其他已授权用户（即主用户）通信的条件下，借用已授权用户的频谱资源，达到共享频谱的目的。本设计基于博弈论，进一步的研究分析认知无线电中的关键技术频谱共享问题。二、频谱共享技术的国内外研究现状在认知无线电网络中，认知用户“借用的”主用户的频谱是动态变化的，所以如何灵活、公平的把空闲的频谱分配给认知用户显得尤为重要。目前，频谱分配模型主要有俩个研究方向：一个是考虑用户公平性的博弈论、拍卖竞价频谱分配模型；另一个是从避免系统干扰角度考虑的图着色论频谱分配模型。在国外，2005年Kloec

3、k等人利用定价拍卖原理来研究认知无线电频谱共享机制，为了反映用户的动态性而建立了一个系统模型，将频谱的定价、分配和计费合为一体，有效地解决了频谱共享问题；2005年Clemens等人利用博弈论模型进行分析分布式动态频谱共享算法，把无线电用户之间的相互行为建模为一个有两个参与者的重复博弈，通过遗传算法求得频谱共享方案，在重复博弈中取得最佳的系统性能；2006年Chen等人基于图论着色论，结合本地议价算法实现了一种称为本地议价和预分配的频谱分配方案，目的是想要避免WRAN小区内或小区间的干扰，此方案可以保证用户间的竞争公平性，减小系统复杂性，并且满足用户对频谱带宽的需求；200

4、7年Etkin等人进行研究了非合作博弈论模型，分别实现了一次博弈和重复博弈模型，并在重复博弈中利用惩罚策略可以取得公平高效的工作点；2007年Niyato等人通过建立博弈论古诺模型，进行研究了在授权频段对多个次用户和一个主用户间的频谱共享的问题，提出了动态博弈算法和静态博弈算法，具有较好的稳定性和公平性；2008年Niyato等人还在伯川德博弈模型中分别建立了合作博弈、市场均衡、竞争，对多个主用户和一个次用户之间的频谱共享问题进行分析研究，指出在竞争博弈中存在效率低的问题，合作博弈能够实现高效率的频谱共享。在国内，2005年Cao等人在基于定价拍卖的模型，采用公平的业务保证

5、机制提出了本地议价算法，与原来的最优化方法基于拓扑相比，可以达到相近的系统性能的同时降低了50%的系统复杂度；2005年Wang和Liu利用图着色模型提出了分布式贪婪算法、分布式随机算法、分布式公平算法三种频谱共享算法，分别可以在保持一定频谱利用率、取得最高频谱利用率的同时，提高公平性、降低通信开销和系统复杂性；2006年Peng和Zheng等人采用图着色理论进行建模并提出了分布式频谱共享算法，仿真表明分布式算法能够达到和集中式算法相同的性能，同时降低了系统复杂性；2007年Tian等人通过建立博弈论模型研究分析认知无线电中频谱共享算法，对多个次用户之间在授权频段的频谱共享

6、问题，提出了一种加权比例公平算法，实现了频谱共享的公平性、高效性；2007年Guo等人基于图论着色原理建立了合作式频谱共享模型，并对以上三种算法进行改进提出了一种快速信道调整算法，能够在保证公平性和吞吐量性能的前提下明显减小通信开销；2008年Qin将博弈论模型应用于分析认知无线电频谱共享，建立了伯川德博弈论模型，实现了静态和动态的博弈算法，提高频谱利用率。三、文献综述：1.认知无线电技术1999年，J.Mitola博士提出了认知无线电(CR)的概念。认知无线电是一种智能的无线通信技术，它能连续不断地感知周围的通信环境，通过对环境信息的分析、判断，然后通过无线电知识描述语言

7、(RKRL)自适应地调整其内部的通信参数(如发射功率、工作频率、编码方式等)以适应环境的变化。其核心思想是通过检测哪些频谱处于空闲状态，在不影响授权用户的一前提下智能地选择和利用这些空闲频谱，从而提高频谱的利用率。Mitola博士提出基于机器学习和模式推理的认知循环模型来展开CR的研究。现阶段，认知无线电技术的研究主要集中在:(1)无线频谱资源的感知技术。无线频谱环境的实时监测是提高授权频谱资源利用率，保证授权用户通信质量的必要条件;(2)认知无线电系统的安全问题，由于认知无线电网络提供授权频谱资源的开放性接入，易