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60009字硕士毕业论文基于差别定价的无线电频谱分配算法分析

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:60009字
论点:频谱,认知,博弈
论文概述:

本文是无线电论文,主要论述了认知无线电频谱分配模型和分配理论做了深入的研究。首先,分析了认知无线电的产生意义以及目的,明确了认知无线电是时代的产物;其次,对认知无线电的发

论文正文:

第一章引言

1.1本研究的背景和意义
统计结果表明,频谱缺乏的部分原因是频谱分配不合理。联邦通信委员会(FCC)通过调查研究证实,频域中一些未经授权的频段过于拥挤,如工业频段(900-928兆赫)、科学研究频段(2.42-2.4835千兆赫)、医疗频段(5.725-5.850千兆赫)和2千兆赫左右的无线通信频段,而一些授权频段往往空空闲[1]。在时域中,通信的高峰期是周期性的,而频谱利用率在清晨是最低的。从空域来看,城市的频谱利用率远远高于农村。
基于博弈论的频谱分配算法致力于解决用户接入时用户之间的竞争和冲突问题。在正常情况下,授权用户不会向其他未授权用户免费分享其频谱,频谱交易的直接目的是获得固定的额外收入。在频谱共享过程中,主要用户将设置干扰温度阈值来控制次要用户产生的噪声,以确保他们自己的通信质量。基于博弈竞价的频谱分配算法达到了协调各主要用户价格竞争情况达到均衡的目的。差别定价分配算法能够合理有效地区分主要用户的不同质量谱,实现分配算法公平性和有效性的有机统一。

1.2国内外研究现状
2000年,约瑟夫·米托拉博士首次提出认知无线电……的概念。当时,认知无线电的概念只是一个初步的想法。后来,在世界各国学者的研究过程中,认知无线电理论逐渐丰富,并产生了一些有代表性的成果。对动态光谱(Dynamic SpectrumAccess,DSA)技术的第一项研究是美国国防部高级研究计划署的XG项目团队。XG项目团队的突出成就是提出了频谱共享方法参考文献(省略)。构建了完整的认知网络模型,为今后的研究奠定了理论框架,初步完成了认知网络拓扑结构的描述。模型如图1.1所示:
……

第2章博弈论基础理论

2.1博弈论的概念与发展
博弈论,又称博弈论,是一门基于数学理论模型研究竞争对抗下最优决策问题的学科。其实质是研究理性的博弈参与者如何在给定的信息下做出使自身效用最大化的决策,以及每个决策主体可以做出什么样的决策博弈系统来达到均衡并判断均衡是否为帕累托最优。
假设小偷1和小偷2一起犯罪,两个人私下进入住宅,被警察抓住。警察分开拘留这两个人,以防止他们相互勾结。警察对每个小偷都有同样的政策:如果两人都认罪,他们将各自被判处8年监禁;如果一方认罪,另一方不认罪,认罪者将立即获释,不认罪者将被判处10年徒刑。如果两人都不认罪,每人将被判一年徒刑。上述政策也传达给双方。这两个人的效用矩阵如表2.1所示:
从小偷1的角度分析囚犯困境,如果小偷2认罪,那么小偷1认罪将被判8年,不认罪将被判10年,所以他是最好的一个。同样,如果小偷2选择不认罪,那么小偷1选择认罪并分别判处他0年和1年,所以他选择认罪是最好的。结合以上两种情况,无论小偷2做出什么选择,小偷1都会选择认罪。同样的原则也适用于小偷2。游戏的纳什均衡是两个小偷都认罪。根据这一分析,两人都将认罪,并将被判处8年徒刑。但是如果他们都选择不认罪,每个人只会被判一年。并非每个小偷都承认帕累托最优。这个例子表明纳什均衡不一定是帕累托最优。

2.2博弈论的要素
由于研究重点不同,博弈论中对要素的描述也不同。博弈论研究界公认的相对完整的要素定义如下:1 .游戏玩家:指拥有独立决策权的参与者,可以是独立的个人或组织。一般来说,游戏中的玩家地位平等。2.游戏行动或策略:指游戏参与者在决策时可以选择的一套方法和策略。3.参与者偏好:指策略集中游戏参与者的偏好关系集。以本文研究的动态频谱分配算法为例,游戏参与者(即通信用户)倾向于选择SINR低、传输速率高的信道。4.游戏信息(Game information):指游戏参与者在做决定时已经掌握的与游戏相关的信息。在正常情况下,信息越完整,决策就越有利。5.游戏顺序:指游戏参与者制定策略或采取行动的顺序。6.收益:指游戏参与者在做决定后的得失,是所有参与者策略的函数。

第3章认知无线电和动态频谱分配技术................................15
3.1认知无线电基础知识.........................................15
3.1.1基本定义.................................................15
3.1.2..............................16
3.2动态频谱分配技术.............................................17
第四章基于博弈竞价机制的频谱分配算法研究............................23
4.1概述........................................................23
4.2系统型号..........................................................23
4.2.1博弈论分析解决动态频谱分配问题的可行性研究.........24
4.2.2算法目标分析.............................................24
第五章基于差别定价的频谱分配算法研究..............................39
5.1算法描述..........................................................39
5.1.1算法研究目标.............................................39
5.1.2任务分析.................................................39
5.2频谱质量评估参数.............................................40

第5章基于差别定价的频谱分配算法研究

5.1算法描述
合理的收入机制是主要用户与次要用户共享频谱接入机会的主要驱动力。二级用户将使用货币补偿作为与授权用户共享频谱的回报。定价在频谱交易中起着关键作用。
在认知无线电系统中,当授权用户的全部或部分频谱暂时空闲时空主要用户通过频谱共享将其出租给认知用户,从而在频谱交易过程中获得一定的好处。主要用户期望以高价出租,而次要用户期望以低价获得。一级用户和二级用户在动态价格博弈中逐渐调整各自的策略,最终达成一致,频谱分配成功实现。

5.2频谱质量评估参数
认知无线电的一个典型特征是二级用户具有感知功能。次要用户可以通过检测外部无线通信环境来评估不同主要用户的信道占用和信道质量,并制定合理的接入策略来选择性地接入主要用户。通信用户对无线通信环境有各种要求,大致可分为对误码和延迟的要求。假设认知网络中存在三种类型的通信服务,即语音服务、视频会议服务和网络浏览服务。其中,语音业务是需要高时延和相对低误码率的业务。网页浏览服务要求高误码率和低时延。视频电话会议服务的时间延迟和误码率要求都很高。对于不同类型的通信业务,可以通过层次分析法定量分析每种业务中误码率和时延的重要性。层次分析法(层次分析法)是由美国物流科学家塔尔萨蒂教授提出的。层次分析法通过分层分析各种影响因素来简化复杂问题。
...

第六章总结与展望

认知无线电技术是解决当前频谱短缺的有效手段,并得到了越来越多的关注和认可。认知无线电的主要研究方向是频谱感知、频谱分配、功率控制等。频谱分配无疑是认知无线电领域的一个全新概念。它提倡使用动态方法来管理无线电资源。它是对现有理论和实践的改革和创新,为未来无线电发展提供了方向。本文对认知无线电的频谱分配模型和分配理论进行了深入研究。首先,分析了认知无线电的意义和目的,明确了认知无线电是时代的产物。其次,简要介绍了认知无线电的发展现状,总结了认知无线电领域的关键技术。第三,基于关键技术,研究了现有的认知无线电频谱分配模型。最后,针对基于博弈论的频谱分配方法,对基于博弈竞价的频谱分配算法和基于差别定价的频谱分配算法进行了流程研究和仿真分析。结果表明,基于差别定价的频谱分配算法能够充分考虑频谱差异,提高主要用户的效用。频谱分配作为认知无线电的关键技术,为其深入研究做出了巨大贡献。然而,由于作者的能力和时间有限,研究不够深入,以下几个方面值得关注:1 .如果充分量化和分析了时延和误码率在频谱质量中的重要性,给出了一种用0-9加权值进行测量的方法,并在此基础上探讨了一种充分量化和分析频谱质量的标准。2.在公平与效率问题上,通过比较效用函数的分析方法,比较了差别定价算法和单一定价算法的主要用户的利益。如何继续探索差别定价方法对二级用户的影响以及对整个认知无线电系统的效率和效用的影响是下一个研究课题。

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