基于情景感知的分布式频谱接入策略研究

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1、学校代码10459学号或申请号201312172015密级硕士学位论文基于情景感知的分布式频谱接入策略研究作者姓名：刘颖导师姓名：穆晓敏教授学科门类：工学专业名称：通信与信息系统培养院系：信息工程学院完成时间：2016年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterDistributedSpectrumAccesswithContext-awareByYingLiuSupervisor:Prof.XiaominMuCommunicationandInformationSystemInform

2、ationEngineeringSchoolMay2016学位论文原创性声明／■：所呈交的学位论文本人郑重声明，是本人在导师的指导下，独立进行研究。所取得的成果除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：若ｔｊｆ日期：反月＞＾日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家

3、有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该華位论文皇接相关的学术论文或成果时一，第署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：著Ｊ＾日期：年《月日摘要摘要随着无线网络和无线用户的日益壮大，无线频谱资源严重稀缺，固定频谱接入技术已经不能满足如此严峻的形势，因此动态频谱接入应运而生。与集中式动态频谱接入相比，分布式动态频谱接入具有

4、无集中控制单元、稳健性好和复杂度低等优点，因此分布式频谱接入是未来认知无线电研究的主流发展方向。在分布式频谱接入的场景中，主要的问题是认知用户之间如何共享主用户提供的可用信道集合，涉及到认知用户的位置、信道条件、认知用户竞争信道概率等参数。在现有的分布式频谱接入的研究中，干扰的计算考虑的是全部认知用户相互的影响，往往忽略了用户位置、用户行为、业务需求等通信环境（情景）属性的影响，而研究这些问题对进一步挖掘和提升频谱资源利用率具有重要的意义。因此本文基于用户位置、用户行为等情景属性，针对分布式信道选择问题，研究了频谱接入策略，论文的主要工作和创新点如下：1．针对认

5、知用户相对空间位置的不同可能提供空间复用的频谱接入机会，提出了基于认知用户位置信息的频谱空间复用策略，其思想是引入空间位置干扰图描述相邻用户之间的干扰关系并度量干扰容限，将信道状态关联为速率约束。在此基础上将认知用户之间的博弈问题建模为以最大化吞吐量为目标的最优信道集合选择问题。并理论证明了纳什均衡解的存在性。通过仿真验证了策略的合理性和有效性，结果表明基于用户位置的空间复用策略，明显地提高了系统吞吐量和频谱利用率。2．在基于空间复用策略的基础上，考虑处于异构网络中的认知用户参与竞争信道的业务需求、意愿和满意度，引入竞争信道概率参数，提出了基于用户行为的分布式频

6、谱接入策略和博弈模型，以认知网络损失吞吐量最小化为优化目标，求解最优的信道选择集合即纳什均衡解，通过理论推导证明了解的存在性。仿真结果表明考虑用户行为和满意度后，在保证用户QOS需求前提下，所提议的频谱共享策略提高了系统吞吐量及用户满意度。3．针对基于策略随机选择算法求纳什均衡解过程中，学习步长的选择对收敛速度和性能的反向作用，提出了一种自适应步长随机学习算法，该方法通过迭代过程中的懒惰因子来自适应更新学习步长，并证明了该算法的收敛性。仿真结果表明：相对于固定步长，自适应步长随机学习算法可以在系统性能和收I摘要敛速度之间达到一个有效均衡。关键词：认知无线电；分布

7、式频谱接入；分布式信道选择；博弈论；纳什均衡IIAbstractAbstractWiththeincreasingdevelopmentofwirelessnetworksandwirelessusers,cognitiveradiospectrumresourcesareincreasinglyscarce,thefixedspectrumaccesscannotmeetthegrimsituationoflackingspectrumresources,thedynamicspectrumaccessemerged,however,comparedwithc

8、entralizedsp