【摘要】：隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展,現(xiàn)有的固定頻譜分配策略造成可用頻譜資源嚴(yán)重短缺,同時(shí)已分配的頻譜資源又存在利用率低的問題。協(xié)作頻譜共享技術(shù)因具有中繼協(xié)作和動(dòng)態(tài)頻譜接入的特點(diǎn),能夠更好地應(yīng)對無線通信中頻譜資源利用率低的難點(diǎn),因此已成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。由于在協(xié)作頻譜共享過程中主用戶和次用戶間存在著資源交易,即主用戶的頻譜資源和次用戶進(jìn)行協(xié)作通信的功率資源之間的交易,傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)分析工具難以對資源交易的過程進(jìn)行詳細(xì)的研究。為了更好地刻畫和分析主用戶和次用戶之間的資源交換問題,本文引入經(jīng)濟(jì)學(xué)中的合約理論,將主、次用戶雙方的協(xié)作過程映射為勞動(dòng)市場模型,其中主用戶和次用戶分別作為勞動(dòng)市場中的雇傭者和被雇傭者,采用合約理論即通過合約的設(shè)計(jì)確定雇傭雙方的權(quán)利和義務(wù)。本文基于合約理論分別研究了認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中單個(gè)主、次用戶和多個(gè)主、次用戶場景的協(xié)作頻譜共享問題,主要工作如下:(1)提出一種基于信道統(tǒng)計(jì)信息的Overlay-Underlay混合接入模式協(xié)作頻譜共享模型。模型中單個(gè)主用戶和單個(gè)次用戶進(jìn)行協(xié)作通信,依據(jù)信道狀態(tài)協(xié)作模式可以采用相應(yīng)的Overlay或Underlay協(xié)作頻譜共享模式;基于該模式,首先構(gòu)建了以主用戶效用最大化為目標(biāo)的最優(yōu)合約設(shè)計(jì)問題,并以保證次用戶能夠獲得非負(fù)效用為約束條件,然后采用遺傳算法對該優(yōu)化問題進(jìn)行了求解。仿真結(jié)果表明,針對所提出的Overlay-Underlay混合接入模式協(xié)作頻譜共享模型,采用最優(yōu)合約設(shè)計(jì)可以很好地調(diào)動(dòng)主、次用戶雙方合作的積極性,從而提高主用戶的頻譜利用率并降低能量消耗,同時(shí)也為次用戶提供了更多使用授權(quán)頻譜傳輸信息的機(jī)會(huì)。(2)將提出的Overlay-Underlay混合接入模式協(xié)作頻譜共享模型推廣到多個(gè)主用戶和多個(gè)次用戶場景。由于在該場景中多個(gè)主用戶和次用戶隨機(jī)分布,各主用戶與各次用戶之間的相對位置和信道狀態(tài)都不同。因此,每一個(gè)主用戶對不同的次用戶都有著不同的偏好,并且希望選擇能夠帶來最大收益的次用戶作為中繼;同時(shí)每一個(gè)次用戶也對不同主用戶有著不同的偏好,并且希望獲得更多的頻譜使用時(shí)間�；谠搱鼍�,本文在完全信息和不完全信息場景下,仍以主用戶總效用最大化為目標(biāo),構(gòu)建最優(yōu)合約設(shè)計(jì)的優(yōu)化問題。在完全信息場景下,由于信道的統(tǒng)計(jì)信息完全公開,采用匈牙利算法對主、次用戶間的中繼選擇問題進(jìn)行求解,得到理想條件下的最優(yōu)合約設(shè)計(jì)結(jié)果;在不完全信息場景下,采用廣義延遲接受算法動(dòng)態(tài)地進(jìn)行合約設(shè)計(jì),最終實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的市場均衡,從而獲得最優(yōu)合約設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明,通過提出的混合接入模式協(xié)作頻譜共享策略,在多主用戶和多次用戶場景中,不完全信息場景下主用戶的平均效用顯著提高,接近完全信息場景下的理想值,同時(shí)次用戶也獲得了與完全信息場景下相近的平均傳輸速率。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN925
【圖文】：

圖 2.1 頻譜共享過程頻譜感知是頻譜共享的前提，也是認(rèn)知無線電技術(shù)的基本要求。頻譜間和空間等角度，對主用戶的授權(quán)頻譜進(jìn)行持續(xù)性偵測，從而獲得頻信息[36]。頻譜分配通過考慮無線環(huán)境和次用戶的需求，制定有效的分給次用戶分配頻譜資源，使頻譜空洞得到充分利用[37]。頻譜接入是指入授權(quán)頻譜進(jìn)行傳輸?shù)牟呗院头椒╗38]。頻譜移動(dòng)是指在當(dāng)前頻譜使用變化時(shí)，采用頻譜移動(dòng)性管理規(guī)則使次用戶改變占用頻譜的過程，減動(dòng)對次用戶造成性能降低的影響[39]。本文研究的是混合多種頻譜接入模式的協(xié)作頻譜共享策略，其中頻譜的選擇在本文的研究中具有重要的影響，因此本節(jié)對頻譜接入技術(shù)進(jìn)紹。頻譜接入技術(shù)是在對主用戶網(wǎng)絡(luò)造成的干擾最小的前提下，探究頻譜大化問題。認(rèn)知無線電技術(shù)中采用的是伺機(jī)頻譜接入策略，即基于當(dāng)空洞信息，根據(jù)功率控制器的輸出選擇最適合的調(diào)制策略，使系統(tǒng)始

2 協(xié)作通信與合約理論相關(guān)知識(shí)戶不能接入該頻段；當(dāng)主用戶不在該頻段進(jìn)行通信時(shí)，次用戶接入該通信。一旦檢測到主用戶開始通信，次用戶必須主動(dòng)退出，保證主用頻段的優(yōu)先使用權(quán)。采用 Interweave 模式可以避免次用戶的通信對主用擾，而且也不需要嚴(yán)格限制次用戶的傳輸功率。

圖 2.2 Interweave 模式頻譜接入技術(shù)（2）Underlay主用戶在占用授權(quán)頻段進(jìn)行信息傳輸時(shí)，次用戶也可以利用主用戶占頻段，但此時(shí)要嚴(yán)格限制次用戶的發(fā)射功率，使其對主用戶傳輸產(chǎn)生于某一門限值下，即不影響主用戶的正常傳輸。這樣很大程度上提高用效率，因?yàn)?Underlay 模式并不依賴于主用戶的頻譜空洞，即使在最下，即主用戶一直占用著某一頻段時(shí)，次用戶也可以以較低的發(fā)射功輸。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

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本文編號(hào)：2799076