本文關(guān)鍵詞：基于情景感知的分布式頻譜接入策略研究

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【摘要】：隨著無線網(wǎng)絡(luò)和無線用戶的日益壯大,無線頻譜資源嚴(yán)重稀缺,固定頻譜接入技術(shù)已經(jīng)不能滿足如此嚴(yán)峻的形勢,因此動(dòng)態(tài)頻譜接入應(yīng)運(yùn)而生。與集中式動(dòng)態(tài)頻譜接入相比,分布式動(dòng)態(tài)頻譜接入具有無集中控制單元、穩(wěn)健性好和復(fù)雜度低等優(yōu)點(diǎn),因此分布式頻譜接入是未來認(rèn)知無線電研究的主流發(fā)展方向。在分布式頻譜接入的場景中,主要的問題是認(rèn)知用戶之間如何共享主用戶提供的可用信道集合,涉及到認(rèn)知用戶的位置、信道條件、認(rèn)知用戶競爭信道概率等參數(shù)。在現(xiàn)有的分布式頻譜接入的研究中,干擾的計(jì)算考慮的是全部認(rèn)知用戶相互的影響,往往忽略了用戶位置、用戶行為、業(yè)務(wù)需求等通信環(huán)境(情景)屬性的影響,而研究這些問題對進(jìn)一步挖掘和提升頻譜資源利用率具有重要的意義。因此本文基于用戶位置、用戶行為等情景屬性,針對分布式信道選擇問題,研究了頻譜接入策略,論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.針對認(rèn)知用戶相對空間位置的不同可能提供空間復(fù)用的頻譜接入機(jī)會(huì),提出了基于認(rèn)知用戶位置信息的頻譜空間復(fù)用策略,其思想是引入空間位置干擾圖描述相鄰用戶之間的干擾關(guān)系并度量干擾容限,將信道狀態(tài)關(guān)聯(lián)為速率約束。在此基礎(chǔ)上將認(rèn)知用戶之間的博弈問題建模為以最大化吞吐量為目標(biāo)的最優(yōu)信道集合選擇問題。并理論證明了納什均衡解的存在性。通過仿真驗(yàn)證了策略的合理性和有效性,結(jié)果表明基于用戶位置的空間復(fù)用策略,明顯地提高了系統(tǒng)吞吐量和頻譜利用率。2.在基于空間復(fù)用策略的基礎(chǔ)上,考慮處于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的認(rèn)知用戶參與競爭信道的業(yè)務(wù)需求、意愿和滿意度,引入競爭信道概率參數(shù),提出了基于用戶行為的分布式頻譜接入策略和博弈模型,以認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)損失吞吐量最小化為優(yōu)化目標(biāo),求解最優(yōu)的信道選擇集合即納什均衡解,通過理論推導(dǎo)證明了解的存在性。仿真結(jié)果表明考慮用戶行為和滿意度后,在保證用戶QOS需求前提下,所提議的頻譜共享策略提高了系統(tǒng)吞吐量及用戶滿意度。3.針對基于策略隨機(jī)選擇算法求納什均衡解過程中,學(xué)習(xí)步長的選擇對收斂速度和性能的反向作用,提出了一種自適應(yīng)步長隨機(jī)學(xué)習(xí)算法,該方法通過迭代過程中的懶惰因子來自適應(yīng)更新學(xué)習(xí)步長,并證明了該算法的收斂性。仿真結(jié)果表明:相對于固定步長,自適應(yīng)步長隨機(jī)學(xué)習(xí)算法可以在系統(tǒng)性能和收斂速度之間達(dá)到一個(gè)有效均衡。
【關(guān)鍵詞】：認(rèn)知無線電 分布式頻譜接入 分布式信道選擇 博弈論 納什均衡
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN925
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 研究背景及意義11-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 頻譜接入博弈模型的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 決策學(xué)習(xí)算法的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 研究方法及創(chuàng)新點(diǎn)15-17
• 1.3.1 研究方法15-16
• 1.3.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)16-17
• 1.4 本文主要工作與章節(jié)安排17-19
• 2 相關(guān)基礎(chǔ)理論簡介19-28
• 2.1 認(rèn)知無線電19-22
• 2.1.1 認(rèn)知無線電分類19-21
• 2.1.2 認(rèn)知無線電架構(gòu)21
• 2.1.3 認(rèn)知無線電標(biāo)準(zhǔn)21-22
• 2.2 博弈論22-26
• 2.2.1 博弈論的基礎(chǔ)知識(shí)22-23
• 2.2.2 納什均衡的定義及分類23-24
• 2.2.3 博弈論在分布式頻譜接入中的應(yīng)用24-25
• 2.2.4 勢能博弈的定義25-26
• 2.3 納什均衡解求解算法26-27
• 2.3.1 策略隨機(jī)選擇算法簡介26-27
• 2.3.2 策略隨機(jī)選擇算法的收斂性27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 3 基于用戶位置的分布式頻譜接入策略研究28-47
• 3.1 引言28-29
• 3.2 系統(tǒng)模型及博弈分析29-31
• 3.2.1 系統(tǒng)模型29-31
• 3.2.2 基于用戶位置的分布式頻譜接入博弈分析31
• 3.3 改進(jìn)的勢能博弈模型31-37
• 3.3.1 基于用戶位置的效用函數(shù)和勢能函數(shù)31-32
• 3.3.2 基于用戶位置的博弈問題32
• 3.3.3 納什均衡解的存在性32-35
• 3.3.4 納什均衡解的相關(guān)性質(zhì)35-37
• 3.4 本文提出的一種改進(jìn)的納什均衡解求解算法37-40
• 3.4.1 自適應(yīng)步長隨機(jī)學(xué)習(xí)算法37-39
• 3.4.2 自適應(yīng)步長隨機(jī)學(xué)習(xí)算法的收斂性39-40
• 3.5 仿真結(jié)果分析40-45
• 3.5.1 仿真參數(shù)設(shè)置40
• 3.5.2 仿真結(jié)果分析40-45
• 3.6 本章小結(jié)45-47
• 4 基于用戶行為的分布式頻譜接入策略研究47-59
• 4.1 引言47
• 4.2 系統(tǒng)模型及問題描述47-50
• 4.2.1 系統(tǒng)模型47-50
• 4.2.2 基于用戶行為的博弈分析50
• 4.3 基于用戶行為的分布式頻譜接入博弈問題50-53
• 4.3.1 基于用戶行為的效用函數(shù)及勢能函數(shù)50-51
• 4.3.2 基于用戶行為的博弈問題51
• 4.3.3 納什均衡解的存在性51-53
• 4.4 仿真結(jié)果分析53-58
• 4.4.1 參數(shù)設(shè)置53-54
• 4.4.2 仿真結(jié)果分析54-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 5 論文總結(jié)與展望59-61
• 5.1 本文的主要內(nèi)容59-60
• 5.2 未來研究的展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 個(gè)人簡介、在校期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果65-66
• 致謝66

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