認知網(wǎng)絡中基于博弈論的功率控制算法研究.pdf

1、傳統(tǒng)的頻譜管理方式是將一定頻譜資源固定分配給特定的業(yè)務單獨使用。隨著新的無線業(yè)務的不斷出現(xiàn)，導致了可用于分配給新的無線業(yè)務的頻譜資源越來越稀缺。然而，研究表明分配給授權(quán)用戶的頻譜在很多時候并未被充分使用。因此，固定的頻譜分配方式并不能夠有效利用頻譜資源。為了提高頻譜的使用效率，人們提出了采用認知無線電技術(shù)來實現(xiàn)頻譜共享。在頻譜重疊方式的認知網(wǎng)絡中，次用戶需要通過適當?shù)墓β士刂苼肀ＷC主用戶的正常通信，并降低次用戶間的相互干擾，從而實現(xiàn)認知

2、網(wǎng)絡的高效頻譜共享。因此，設計有效的功率控制算法是認知網(wǎng)絡中的一個關(guān)鍵研究內(nèi)容。
　　本論文基于博弈論的方法，深入研究認知網(wǎng)絡中的功率控制問題，基于不同的優(yōu)化目標和頻譜共享場景設計認知網(wǎng)絡中的功率控制算法，來提升認知網(wǎng)絡的整體性能(公平性、主用戶的收益、次用戶的和速率、次用戶的總功率、容許接入的次用戶數(shù)等性能指標)。主要工作和創(chuàng)新點如下：
　　(1)考慮次用戶對主用戶頻譜共享的公平性，采用合作博弈分析了認知網(wǎng)絡中的功率控制問

3、題。通過對合作博弈所對應的納什談判問題進行最優(yōu)性條件分析，提出了一種基于合作博弈的分布式功率控制算法，理論分析和仿真結(jié)果表明所提分布式功率控制算法的收斂性。同時，所提分布式算法較傳統(tǒng)的基于合作博弈的分布式功率控制算法能更好地保證次用戶間的公平性，提高次用戶的和速率。
　　(2)考慮主用戶基站通過對次用戶的干擾定價來控制次用戶的干擾，基于Stackelberg博弈研究了主用戶基站的定價和次用戶之間的功率控制問題。通過考慮總干擾功率約

4、束條件是否為緊約束來設計主用戶基站的定價和次用戶的功率控制算法。在總干擾功率約束非緊的情況下，所提基于Stackelberg博弈的功率控制算法較基于比例定價算法提高了主用戶基站的收益和次用戶的總收益，同時還提高了次用戶的和速率。
　　(3)考慮主用戶基站采用串行干擾消除來降低次用戶間的相互干擾，通過Stackelberg博弈分析了主用戶基站的最優(yōu)定價和次用戶的功率控制問題，提出了認知網(wǎng)絡中基于干擾消除的功率控制算法，給出了主用戶基

5、站對次用戶的最佳干擾消除順序來最小化次用戶的總功率。仿真結(jié)果表明，所提基于干擾消除的功率控制算法較基于比例定價算法提高了主用戶基站的收益和次用戶的和速率，并節(jié)省了次用戶的總功率。
　　(4)考慮主用戶是單獨傳輸節(jié)點對和次用戶具有單獨接入基站的認知網(wǎng)絡，采用Stackelberg博弈研究了主用戶對于次用戶基于定價的功率控制問題。本文通過變量替換將主用戶的收益轉(zhuǎn)化為了一個等價凸優(yōu)化問題?；谠摰葍r的凸優(yōu)化問題，提出了認知網(wǎng)絡中基于最優(yōu)

6、定價的功率控制算法。在低干擾噪聲比和高干擾噪聲比下，對所提算法容許的次用戶個數(shù)進行了漸進分析。仿真結(jié)果表明，所提基于最優(yōu)定價的功率控制算法較非一致定價算法提高了主用戶的收益，容許了更多的次用戶同時進行數(shù)據(jù)傳輸，并且在中等和高干擾噪聲比情形下，提高了次用戶的總收益、和速率，節(jié)省了次用戶的總功率。
　　(5)在次用戶具有最小服務質(zhì)量需求的條件下，采用Stackelberg博弈研究認知網(wǎng)絡中基于定價的功率控制問題。證明了當次用戶的最小信