认知无线电网络中基于博弈论的功率控制和资源分配研究

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1、分类号TN929.5密级公开UDC621.39学位论文编号D-10617-308-(2016)-01178重庆邮电大学硕士学位论文中文题目认知无线电网络中基于博弈论的功率控制和资源分配研究英文题目PowerControlandResourceAllocationUsingGameTheoryinCognitiveRadioNetworks学号S130101208姓名杨和林学位类别工学硕士学科专业信息与通信工程指导教师谢显中完成日期2016年4月2日重庆邮电大学硕士学位论文摘要摘要在频谱共享的认知无线电网络中，允许非授权用户（次用户）使用授权用户（主用户）的频谱来提高频谱利用率，由于频谱

2、资源有限，如何制定出合理的频谱分配方案至关重要。博弈论作为一种数学分析工具，可以很好地解决资源分配问题，近年来已被一些文献运用到频谱共享网络的资源分配研究中。本文首先分析了基于博弈论的功率控制和频谱共享的研究现状，然后开展如下三个方面的研究工作：在目前采用博弈论来控制用户发射功率的文献中，有效函数一般与接入技术的调制方式有关，这种与调制方式有关的有效函数含有指数运算，其复杂度较高。本文从改进其有效函数入手，给出了一种与无线接入的调制方式无关的有效函数，并可以降低功率控制复杂性和系统误码率。进一步，根据用户的信干噪比（SINR）和产生的干扰信息，设置了兼顾用户之间的公平性的惩罚因子和效益

3、函数，证明了纳什均衡性，并利用迭代算法来更新用户的发射功率。通过仿真结果分析，本章提出博弈功率控制方案，不仅提升了次用户总的吞吐量，还保证了次用户的公平性。考虑到中断概率和干扰门限对认知无线电网络中资源分配具有重要的影响，本文提出了基于斯坦克尔伯格（Stackelberg）博弈的功率控制算法。首先，建立了频谱共享双层网络模型，设置主用户为领导者，可以共享资源给次用户，同时主导干扰价格；另外，次用户默认为追随者，通过支付主用户相应的费用来共享主用户的授权频段。在此基础上，在干扰门限和中断概率等约束条件下给出了相应的效益函数，构建了存在有约束条件的博弈模型。此外，证明了博弈算法收敛于纳什均

4、衡，利用拉格朗日分解法求解优化问题，计算用户的最佳发射功率，并用分布式方案迭代功率，同时分析了算法的复杂度。仿真试验验证，本章提出的方案，不仅复杂度较低，还可以提升网络的吞吐量和降低用户的中断概率。由于目前对多个主用户服务中心竞争共享频谱资源的分配算法研究较少，本文提出了一种新的基于非合作博弈的频谱分配算法。考虑三个主用户服务中心和一个认知用户服务中心的共享频谱资源网络，主用户服务中心通过共享频谱资源为认知用户服务中心提供服务，在市场上动态地调整自己的价格来实现自身利益的最大化。在该模型和系统设置下，利用伯川德（Bertrand）博弈理论来解决主次用户频谱分配I重庆邮电大学硕士学位论文

5、摘要问题，对效用函数进行了改进，从而保证了系统的公平性和用户的满意度。进一步，证明了算法的收敛性，讨论了不同主用户数目和学习因子对所提出方案性能的影响。通过仿真试验验证显示了本文提出的算法的有效性。关键词：认知无线电网络，博弈论，功率控制，频谱分配，公平性，中断概率II重庆邮电大学硕士学位论文AbstractAbstractIncognitiveradionetworkswherespectrumcanbeshared,unlicensedusers(secondaryusers)areallowedtouselicensedusers’(primaryusers)spectrumre

6、sourcetoenhancethespectrumefficiency.Duetothefixedspectrumresource,howtodevelopefficientallocationschemesisveryimportant.Gametheoryisanefficientmathematicaltool,whichhasbeenusedtohandletheresourceallocationproblemsincognitiveradionetworks.Thisthesisgivesthelatestdevelopmentofpowercontrolbasedgam

7、etheoryandspectrumsharinganalysisofthecognitiveradiotechnology,theninvestigatesthefollowingthreeresearchworks:Gametheoryisusedtocontrolusers’transmissionpowerinrecentliteratures,whichindicatesthattheefficientutilityisrelated