本文關鍵詞：基于情景感知的分布式頻譜接入策略研究

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【摘要】：隨著無線網絡和無線用戶的日益壯大,無線頻譜資源嚴重稀缺,固定頻譜接入技術已經不能滿足如此嚴峻的形勢,因此動態(tài)頻譜接入應運而生。與集中式動態(tài)頻譜接入相比,分布式動態(tài)頻譜接入具有無集中控制單元、穩(wěn)健性好和復雜度低等優(yōu)點,因此分布式頻譜接入是未來認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,涉及到認知用戶的位置、信道條件、認知用戶競爭信道概率等參數。在現有的分布式頻譜接入的研究中,干擾的計算考慮的是全部認知用戶相互的影響,往往忽略了用戶位置、用戶行為、業(yè)務需求等通信環(huán)境(情景)屬性的影響,而研究這些問題對進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)新點如下:1.針對認知用戶相對空間位置的不同可能提供空間復用的頻譜接入機會,提出了基于認知用戶位置信息的頻譜空間復用策略,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系并度量干擾容限,將信道狀態(tài)關聯為速率約束。在此基礎上將認知用戶之間的博弈問題建模為以最大化吞吐量為目標的最優(yōu)信道集合選擇問題。并理論證明了納什均衡解的存在性。通過仿真驗證了策略的合理性和有效性,結果表明基于用戶位置的空間復用策略,明顯地提高了系統吞吐量和頻譜利用率。2.在基于空間復用策略的基礎上,考慮處于異構網絡中的認知用戶參與競爭信道的業(yè)務需求、意愿和滿意度,引入競爭信道概率參數,提出了基于用戶行為的分布式頻譜接入策略和博弈模型,以認知網絡損失吞吐量最小化為優(yōu)化目標,求解最優(yōu)的信道選擇集合即納什均衡解,通過理論推導證明了解的存在性。仿真結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吞吐量及用戶滿意度。3.針對基于策略隨機選擇算法求納什均衡解過程中,學習步長的選擇對收斂速度和性能的反向作用,提出了一種自適應步長隨機學習算法,該方法通過迭代過程中的懶惰因子來自適應更新學習步長,并證明了該算法的收斂性。仿真結果表明:相對于固定步長,自適應步長隨機學習算法可以在系統性能和收斂速度之間達到一個有效均衡。
【關鍵詞】：認知無線電 分布式頻譜接入 分布式信道選擇 博弈論 納什均衡
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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 國內外研究現狀13-15
• 1.2.1 頻譜接入博弈模型的研究現狀13-14
• 1.2.2 決策學習算法的研究現狀14-15
• 1.3 研究方法及創(chuàng)新點15-17
• 1.3.1 研究方法15-16
• 1.3.2 本文創(chuàng)新點16-17
• 1.4 本文主要工作與章節(jié)安排17-19
• 2 相關基礎理論簡介19-28
• 2.1 認知無線電19-22
• 2.1.1 認知無線電分類19-21
• 2.1.2 認知無線電架構21
• 2.1.3 認知無線電標準21-22
• 2.2 博弈論22-26
• 2.2.1 博弈論的基礎知識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 策略隨機選擇算法簡介26-27
• 2.3.2 策略隨機選擇算法的收斂性27
• 2.4 本章小結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 系統模型及博弈分析29-31
• 3.2.1 系統模型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 改進的勢能博弈模型31-37
• 3.3.1 基于用戶位置的效用函數和勢能函數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 納什均衡解的相關性質35-37
• 3.4 本文提出的一種改進的納什均衡解求解算法37-40
• 3.4.1 自適應步長隨機學習算法37-39
• 3.4.2 自適應步長隨機學習算法的收斂性39-40
• 3.5 仿真結果分析40-45
• 3.5.1 仿真參數設置40
• 3.5.2 仿真結果分析40-45
• 3.6 本章小結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 系統模型及問題描述47-50
• 4.2.1 系統模型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及勢能函數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 仿真結果分析53-58
• 4.4.1 參數設置53-54
• 4.4.2 仿真結果分析54-58
• 4.5 本章小結58-59
• 5 論文總結與展望59-61
• 5.1 本文的主要內容59-60
• 5.2 未來研究的展望60-61
• 參考文獻61-65
• 個人簡介、在校期間發(fā)表的學術論文與研究成果65-66
• 致謝66

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