【摘要】：近年來(lái),隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)通信的飛速發(fā)展,對(duì)無(wú)線(xiàn)頻譜資源的需求急劇增長(zhǎng),頻譜資源緊張和頻譜利用率低的矛盾在現(xiàn)有頻譜授權(quán)機(jī)制下不斷凸顯。認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電作為一種可以有效利用頻譜資源的無(wú)線(xiàn)技術(shù),通過(guò)檢測(cè)空閑頻譜資源,在時(shí)間、頻率以及空間上進(jìn)行多維的頻譜復(fù)用,能夠有效降低頻譜和帶寬限制對(duì)無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展的束縛,緩解目前頻譜資源緊張和頻譜利用率低的矛盾。認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)擁有觀察、學(xué)習(xí)和決策能力,這種靈活性對(duì)頻譜共享技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。博弈論作為分析節(jié)點(diǎn)間行為的有效工具,在認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的建模和分析中具有多層次的優(yōu)勢(shì)。本論文圍繞認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)頻譜共享關(guān)鍵技術(shù)研究展開(kāi),主要針對(duì)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景中存在的問(wèn)題,建立博弈模型,利用博弈論及最優(yōu)化理論分析節(jié)點(diǎn)的博弈策略,提出了新的頻譜共享算法和機(jī)制設(shè)計(jì)方案,并通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真的數(shù)值結(jié)果對(duì)所提出的算法和機(jī)制的性能進(jìn)行了分析比較,為實(shí)現(xiàn)靈活高效的頻譜共享提供了有力的理論支持。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:第一,論文研究了非理想頻譜感知條件下認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)頻譜共享中提高頻譜利用率和保證授權(quán)用戶(hù)服務(wù)質(zhì)量之間的關(guān)系,分析了價(jià)格機(jī)制對(duì)認(rèn)知用戶(hù)行為策略的影響,提出了 一種聯(lián)合優(yōu)化頻譜檢測(cè)閾值和功率分配的分布式算法,利用并行更新實(shí)現(xiàn)快速收斂,通過(guò)構(gòu)造N-I函數(shù)證明該算法收斂于納什均衡,引入的價(jià)格機(jī)制降低了系統(tǒng)中的干擾,提升了系統(tǒng)容量。第二,論文研究了認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)頻譜共享中認(rèn)知用戶(hù)能量有限的問(wèn)題,在保證宏蜂窩授權(quán)用戶(hù)服務(wù)質(zhì)量的條件下,以能量效率為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行建模,利用非線(xiàn)性分式規(guī)劃方法對(duì)認(rèn)知用戶(hù)的行為策略進(jìn)行分析,通過(guò)對(duì)原優(yōu)化目標(biāo)的等效變換,提出了一種基于雙層迭代的能效資源分配算法,仿真表明,該算法具有良好的收斂性,能顯著提高小小區(qū)場(chǎng)景下的能量效率。第三,論文研究了認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)頻譜共享中多中繼節(jié)點(diǎn)場(chǎng)景下的中繼選擇和功率分配的傳輸機(jī)制設(shè)計(jì)問(wèn)題,對(duì)干擾有償條件下源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的行為策略進(jìn)行了分析,基于斯坦克爾伯格博弈模型,提出了一種分布式的中繼選擇和功率分配機(jī)制,并利用梯度迭代方法對(duì)斯坦克爾伯格博弈的均衡解進(jìn)行了分析,確定源節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)可達(dá)到的最大收益。數(shù)值仿真結(jié)果顯示該機(jī)制的收斂性對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)目不敏感,在大規(guī)模分布式場(chǎng)景中能保持很好的性能。第四,論文研究了認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)頻譜租賃中快速高效分配信道的機(jī)制設(shè)計(jì)問(wèn)題,引入預(yù)算約束和資源完整性要求,力求在實(shí)際系統(tǒng)中具有更好的適用性�；诙辔锲放馁u(mài)理論,設(shè)計(jì)了一種具有真值占優(yōu)特征的改進(jìn)的單一價(jià)格拍賣(mài)機(jī)制,該機(jī)制可以對(duì)多個(gè)信道資源進(jìn)行快速有效的分配,激勵(lì)相容性設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)對(duì)抗惡意出價(jià)節(jié)點(diǎn)的魯棒性,同時(shí)較低的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和信息交互大大降低了系統(tǒng)中的信令開(kāi)銷(xiāo),為認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的分布式實(shí)現(xiàn)提供了一種可行的途徑。
【圖文】：

無(wú)線(xiàn)電頻譜作為無(wú)線(xiàn)通信不可或缺的載體，其稀有性和珍貴性是顯而易見(jiàn)逡逑的�，F(xiàn)階段世界各國(guó)的頻譜管理主要依據(jù)固定頻譜分配政策，即頻譜被劃分為多逡逑個(gè)不重疊的頻段，稱(chēng)為授權(quán)頻段，圖１－１所示為我國(guó)現(xiàn)階段的頻譜分配情況。隨逡逑著第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)（Ｔｈｅ邋Ｆｉｆｔｈ邋Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋Ｍｏｂｉｌｅ邋Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ邋Ｓｙｓｔｅｍ，５Ｇ）逡逑在全球迅猛發(fā)展，新的無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)和應(yīng)用場(chǎng)景不斷涌現(xiàn)，對(duì)無(wú)線(xiàn)頻譜資源的需求急逡逑劇增長(zhǎng)，不過(guò)從圖１－１中可以看出，適宜無(wú)線(xiàn)通信的可用頻譜資源幾乎己經(jīng)分配逡逑完畢，能夠給予新業(yè)務(wù)、新系統(tǒng)的頻譜資源很少。另一方面，與頻譜資源緊張相逡逑對(duì)應(yīng)的授權(quán)頻譜的使用現(xiàn)狀卻不容樂(lè)觀。根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（Ｆｅｄｅｒａｌ逡逑Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ邋Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ，邋ＦＣＣ）的調(diào)查報(bào)告顯示，在固定頻譜分配政策下，逡逑授權(quán)頻段在不同地理位置和時(shí)間內(nèi)的利用率僅在１５％至８５％之間［１］。許多國(guó)內(nèi)外逡逑文獻(xiàn)研究也都充分說(shuō)明了頻譜資源利用率不足這一現(xiàn)狀［２，３］。頻譜資源的有限性逡逑和低利用率成為固定頻譜分配政策下難以調(diào)和的矛盾。近年來(lái)，各國(guó)在不斷探索逡逑頻譜共享等新型管理模式

無(wú)線(xiàn)電頻譜作為無(wú)線(xiàn)通信不可或缺的載體，其稀有性和珍貴性是顯而易見(jiàn)逡逑的�，F(xiàn)階段世界各國(guó)的頻譜管理主要依據(jù)固定頻譜分配政策，即頻譜被劃分為多逡逑個(gè)不重疊的頻段，稱(chēng)為授權(quán)頻段，圖１－１所示為我國(guó)現(xiàn)階段的頻譜分配情況。隨逡逑著第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)（Ｔｈｅ邋Ｆｉｆｔｈ邋Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋Ｍｏｂｉｌｅ邋Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ邋Ｓｙｓｔｅｍ，５Ｇ）逡逑在全球迅猛發(fā)展，新的無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)和應(yīng)用場(chǎng)景不斷涌現(xiàn)，對(duì)無(wú)線(xiàn)頻譜資源的需求急逡逑劇增長(zhǎng)，不過(guò)從圖１－１中可以看出，適宜無(wú)線(xiàn)通信的可用頻譜資源幾乎己經(jīng)分配逡逑完畢，能夠給予新業(yè)務(wù)、新系統(tǒng)的頻譜資源很少。另一方面，，與頻譜資源緊張相逡逑對(duì)應(yīng)的授權(quán)頻譜的使用現(xiàn)狀卻不容樂(lè)觀。根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（Ｆｅｄｅｒａｌ逡逑Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ邋Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ，邋ＦＣＣ）的調(diào)查報(bào)告顯示，在固定頻譜分配政策下，逡逑授權(quán)頻段在不同地理位置和時(shí)間內(nèi)的利用率僅在１５％至８５％之間［１］。許多國(guó)內(nèi)外逡逑文獻(xiàn)研究也都充分說(shuō)明了頻譜資源利用率不足這一現(xiàn)狀［２，３］。頻譜資源的有限性逡逑和低利用率成為固定頻譜分配政策下難以調(diào)和的矛盾。近年來(lái)，各國(guó)在不斷探索逡逑頻譜共享等新型管理模式
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN925;O225

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 胡首都;郭龍;仵國(guó)鋒;;一種認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)頻譜分配和頻譜感知聯(lián)合設(shè)計(jì)[J];信息工程大學(xué)學(xué)報(bào);2011年02期

2 楊光;;認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電與多維度的協(xié)作通信[J];中興通訊技術(shù);2010年01期

3 夏金祥;范平志;;無(wú)線(xiàn)電頻譜利用面臨的問(wèn)題、機(jī)遇與對(duì)策[J];中國(guó)無(wú)線(xiàn)電;2006年05期

本文編號(hào)：2599391