50000字论文范文基于博弈论的无线电频谱管理系统研究
论文类型：论文范文
论文字数：50000字
论点：频谱,认知,无线电
论文概述：
在频谱资源日益匮乏的今天，认知无线电技术是以灵活的方式选择使用主系统的频谱实现通信的新技术，所以有效的对频谱资源进行合理的分配和管理成为关键。
论文正文：
第1章引言
1.1认知无线电研究概述
无线通信由于其固有的移动性，在信息社会中被广泛使用。响应于各种应用需求，各种无线通信网络，例如全球移动通信系统、全球定位系统、3G、对讲机、无线网络、Wimax、无线局域网、微波通信网络、卫星通信网络等。不断涌现。相应地，各种无线通信技术发展迅速，码分多址、正交频分复用、超宽带、多输入多输出、长期演进等。不断发展。各种无线通信网络极大地满足了公众和特定领域的通信需求，频谱资源日益短缺已成为必然结果。回顾当前的频谱分配方法，可以发现绝大多数无线频谱资源是基于静态分配方法的，即无线频谱由特定的运营实体购买，然后由该运营实体专门使用。这种静态固定频谱明显保护了用户组的通信质量，随之而来的问题是频谱浪费非常严重。
美国联邦通信委员会(FCC)在其2002年频谱研究报告中指出，当时空的统计结果显示，无线电频谱资源的实际利用率仅为15%至85%，相当多的频带没有得到充分利用。可以看出，该方法的频谱利用率低，不能满足无线通信日益发展的需要。可用频谱资源有限，实际频谱利用率低。然而，对无线通信不断出现的需求以及不断革命性和创新性的无线通信技术需要基于无线频谱。也就是说，任何种类的无线通信技术本质上都需要基于占用的频谱。如果所有类型的通信网络只能限于特定的频谱段，可以想象有一天，频谱分配将耗尽，频谱分配机构将不再能够拿出频谱段来处理新的通信网络。在这样的现实背景下，认知无线电应运而生，因为它能够智能地在授权用户和非授权用户之间共享频谱资源，以解决当今普遍存在的频谱资源短缺问题。
在上个世纪的1999年，瑞典皇家理工学院的约瑟夫·米托拉(JosephMitola)博士率先提出了软件无线电革命性的想法，再次扩展了软件无线电的通信概念，即频谱也可以智能使用，这是现在被学术界和工业界广泛接受的认知无线电[1，2]。自从认知无线电的概念提出以来，它在学术界和工业界引起了强烈的反响，因为它提供了解决频谱资源短缺的最直接的方法，困扰着无线频谱日益枯竭的局面，最终迎来了一个根本性的改善机遇，无线通信又迎来了蓬勃发展的新局面。认知无线电作为一种智能通信技术，其基本特征在于通信终端节点基于感测其位置环境的频谱状态(即频谱感测)来执行频谱分析和频谱估计，以形成频谱决策，然后通信终端将其通信频带调整到该可用频带。不难发现，认知无线电使用的频谱并不完全由频谱分配机制指定，而是有机会访问授权用户暂时未使用的频谱。
认知无线电通信终端本身没有固定的频谱资源，它们使用其他用户正在浪费的通信机会。在某个时间、某个地点，某个频谱被授权给某个授权用户组，要么被使用，要么被浪费。这是固定频谱分配的现状。认知无线电的存在是建立在使用某个频谱时退缩的基础上的。如果不使用，它准备在机会主义的基础上临时使用频谱，前提是如果授权用户再次出现，立即退出。认知无线电最基本的特征是频谱感知，这需要准确和及时地获取环境的无线频谱。只有准确的频谱感知才能找到真正可用的频谱机会。如果使用非空空闲频谱，结果将干扰合法用户的通信。在这种情况下，错误的感知——虚假警报，一方面，认知用户使用正在使用的频谱，而他们自己的通信失败；另一方面，合法用户被阻止正常使用，这显然需要严格限制。另一方面，如果没有准确的感知，认知无线电节点可能会错过本来可以使用的频谱机会。这种错误的频谱感知和错过警报对于认知节点也是不希望的。此外，频谱感知还需要及时更新认知节点所处环境的频谱状态结果，因为认知节点的频谱可能会不断变化，此时可用并不意味着此时可用。只有及时和准确的频谱感知才能证明认知无线电是正确的。认知无线电系统通过学习不断感知外部环境的频谱变化，并通过自适应调整背景，使通信参数能够适应环境的变化[3]。
这样，认知无线电可以通过频谱感知技术感知周围环境并与之互动。随着环境的变化，认知无线电在避免对其他系统干扰的前提下，可以通过改变发射功率、工作频率等一系列设置参数，合理租用空空闲频谱。实时的。在授权用户空空闲的前提下，具有认知功能的无线通信设备通过感知周围无线环境自适应地调整通信工作参数，并“机会主义地”访问授权用户暂时不使用的授权频带，以动态智能地使用频谱资源。在授权用户重新出现或信道状况恶化的情况下，一方面认知无线电网络(CRN)及时退出，另一方面提高频谱的利用效率，增强系统的抗干扰能力。在架构上，认知无线电网络主要包括分布式和集中式网络。
分布式认知无线电网络没有固定的网络基础设施和强大的网络可扩展性。中央认知无线电网络具有相对稳定的工作模式，可以有效管理网络中的认知用户，简化认知终端的复杂性，降低认知用户的成本。基于小区的CRN包括一个认知基站和几个连接的认知节点，它们在组成上与主无线网络(PRN)相同。不同之处在于，PRN使用固定频谱进行通信，而CRN在其环境中动态使用PRN的临时空空闲频谱或未经许可的频谱。正在开发的无线局域网标准IEEE 802.22采用基于基站的架构。
1.2...................10-14
1.3国内外研究现状...................14-16
1.4文件的主要贡献和总体安排...................16-17
第二章基于博弈论的频谱共享和功率控制模型...................17-26
2.1博弈论...................17-20
2.2频谱共享...................20-23 [/BR/] 2.2.1频谱共享技术的分类...................20-21 [/BR/] 2.2.2频谱共享原则...................基于博弈论的21-23[/br/ ] 2.3频谱共享模型...................23-24
2.4电源控制游戏...................24-26
第三章基于博弈论的频谱共享算法研究...................26-35
3.1古诺模型分析...................26
3.2系统型号...................26-28
3.3非合作博弈模型...................28-31
3.4最佳频谱共享模型...................31-32 [/BR/] 3.5非合作博弈及优化模型仿真分析...................32-34 [/BR/] 3.6本章概述...................34-35
第四章基于非合作博弈的功率控制算法研究...................35-45
4.1系统型号...................35-36
4.2非合作博弈功率控制模型...................36
4.3干扰分析...................36-37
4.4效用函数...................37-38
4.5效用函数证明...................38-40
4.6模拟分析...................40-45
摘要
在当今日益稀缺的频谱资源中，认知无线电技术是一种利用主系统频谱灵活实现通信的新技术，因此频谱资源的有效合理分配和管理成为关键。本文基于博弈论，对无线认知网络资源管理对策中的频谱共享和功率控制进行了初步探索。CRN基站通过数据融合形成待分配的频谱和CRN的功率决策。有通信需求的认知用户通过CRN的控制信道与基站预留信道。CRN基站响应预留请求，分配认知用户的可用频谱及其功率需求，认知用户根据响应调整传输参数，进行通信业务传输。认知蜂窝通过专用信道从认知终端传输大量信息，并通过中央控制单元进行实时处理。为了保证系统性能，需要考虑信道传播特性、路径损耗、同信道干扰、信噪比和误码率等性能参数。
基于感知的异构网络频谱资源管理研究。将合作博弈理论应用于CRN小区间的伪授权许可，建立多用户合作博弈模型。玩家是一个认知基站。游戏的目标是在认知细胞中分配PRN的几个伪授权用户的许可。游戏策略引入了传输失败事件的惩罚因素。效用函数是认知用户吞吐量、时延和差错率的混合经验函数。认知用户“等待机会”访问授权用户暂时未使用的合法频谱。当授权用户需要使用他们的合法频谱时，认知用户必须立即完成频谱移动，并使用不干扰授权用户的频带。