本文關鍵詞：基于博弈的Femtocell網(wǎng)絡頻譜資源管理，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,隨著移動通信系統(tǒng)的高速發(fā)展及其應用的廣泛普及,移動通信業(yè)務量出現(xiàn)了爆炸性的增長,用戶對無線通信速率與質(zhì)量的要求越來越高。眾多無線新技術應運而生,推動著移動通信技術的快速發(fā)展,Femtocell技術作為其中之一,受到了廣泛的關注和認可。Femtocell技術具有發(fā)射功率低、覆蓋范圍小等特點,因而能夠大幅提高頻譜的空間利用效率,增大蜂窩系統(tǒng)的整體容量。而Femtocell網(wǎng)絡中的頻譜管理技術,則是發(fā)揮Femtocell上述優(yōu)勢的重要保障。本文針對Femtocell密集部署時可能出現(xiàn)的對頻譜資源無序競爭導致頻譜利用效率低下,以及由宏小區(qū)和Femtocell組成的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)中新出現(xiàn)的頻譜資源管理問題,采用博弈論和最優(yōu)化等工具,綜合利用包括經(jīng)濟學手段和經(jīng)典的無線資源調(diào)度管理等方法,對自組織密集Femtocell網(wǎng)絡中的頻率復用,異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡的頻譜分配,用戶的接入選擇以及干擾協(xié)調(diào)等技術進行了深入研究,取得了如下的創(chuàng)新成果:第一,針對自組織密集Femtocell網(wǎng)絡中,由于基站部署具有隨機性,導致傳統(tǒng)網(wǎng)絡規(guī)劃方法難以實施、頻譜利用效率低下的問題,提出了一種基于博弈的分布式頻譜復用算法。在各個Femtocell根據(jù)頻譜感知信息選擇臨時子頻帶后,通過對分簇后的自組織密集Femtocell網(wǎng)絡執(zhí)行簇內(nèi)協(xié)調(diào)和簇間博弈兩步算法,快速高效地消除相鄰Femtocell之間的頻譜沖突,使得整個網(wǎng)絡合理地復用頻譜資源。該方法可以有效解決自組織密集Femtocell網(wǎng)絡中的頻譜沖突問題,使得自組織Femtocell網(wǎng)絡能達到接近有理想網(wǎng)絡規(guī)劃時的系統(tǒng)容量。第二,針對蜂窩網(wǎng)絡引入Femtocell后出現(xiàn)的頻譜共享問題,提出了一種基于斯坦伯格博弈的最優(yōu)頻譜分配與定價策略,該策略能夠激勵用戶參與Femtocell部署,并開放Femtocell服務。在異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡中,最優(yōu)的頻譜分配策略是廣泛部署Femtocell的前提,合理的頻譜定價是Femtocell服務推廣的重要保障。本文通過建�；九c用戶之間的博弈,分析了頻譜資源定價與用戶需求的關系,通過建模宏基站與Femtocell之間的博弈,給出了最優(yōu)頻譜分配與定價策略,從而可按需地為宏基站與Femtocell分配頻譜資源,最大化宏基站與Femtocell的頻譜效益。第三,考慮到在動態(tài)的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡中,基站與用戶的策略選擇具有動態(tài)變化的特性,提出了一種基于演化博弈與動態(tài)規(guī)劃的動態(tài)頻譜最優(yōu)分配方法。通過采用兩層網(wǎng)絡架構(gòu)建模異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡,對用戶的服務選擇行為和基站間的頻譜分配進行了聯(lián)合分析。通過演化博弈建模用戶的服務選擇行為,分析了用戶跟隨基站的資源分配策略而動態(tài)地選擇接入網(wǎng)絡的過程。通過將頻譜分配建模為動態(tài)規(guī)劃問題,實現(xiàn)了頻譜資源動態(tài)地、最優(yōu)地定量分配。理論分析與仿真結(jié)果均表明,通過該方法,動態(tài)異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡能夠達到一個穩(wěn)定的均衡點。第四,提出了一套基于博弈的用戶接入與干擾協(xié)調(diào)的方法,并證明了該方法能夠在異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡中獲得斯坦伯格博弈均衡。該方法考慮到傳統(tǒng)的接入規(guī)則沒有適應用戶的需求與基站的負載,從而難以達到負載均衡的不足,以及異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡中存在的比較嚴重的跨層同頻干擾,特別是處于Femtocell邊緣的宏基站用戶。針對上述問題,本文采用斯坦伯格博弈建模該網(wǎng)絡:將宏基站建模為領導者,領導者通過釋放部分子信道,激勵Femtocell接納部分其邊緣的宏基站用戶;將眾多Femtocell建模為跟隨者,跟隨者在受到激勵后,通過調(diào)整其覆蓋范圍,接納部分宏基站用戶,使宏基站釋放更多子信道,減少跨層同頻干擾。同時將功率分配問題也進行了聯(lián)合優(yōu)化,有效地提高了宏基站用戶和Femtocell用戶的信道容量,改善了異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡的負載均衡。
【關鍵詞】：Femtocell 異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡 頻譜資源管理 博弈論
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.5
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 主要縮寫對照表12-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 Femtocell的研究背景及意義14-22
• 1.1.1 Femtocell的技術特點17-21
• 1.1.2 Femtocell的應用前景21
• 1.1.3 Femtocell的標準化進程21-22
• 1.2 Femtocell的研究現(xiàn)狀22-23
• 1.3 論文的主要工作內(nèi)容與安排23-26
• 第二章 博弈論與無線通信網(wǎng)絡26-43
• 2.1 博弈論簡介26-27
• 2.1.1 博弈前提與基本元素27
• 2.1.2 純策略與混合策略27
• 2.2 非合作博弈27-29
• 2.2.1 非合作博弈簡介28
• 2.2.2 優(yōu)勢策略與納什均衡28-29
• 2.3 合作博弈29-31
• 2.3.1 合作博弈簡介29-30
• 2.3.2 效益可轉(zhuǎn)移博弈30-31
• 2.3.3 效益不可轉(zhuǎn)移博弈31
• 2.4 常用博弈模型介紹31-34
• 2.4.1 斯坦伯格博弈31-33
• 2.4.2 演化博弈33-34
• 2.5 博弈論在無線通信網(wǎng)絡中的應用34-42
• 2.5.1 博弈論在網(wǎng)絡選擇中的應用34-37
• 2.5.2 博弈論在網(wǎng)絡安全中的應用37-38
• 2.5.3 博弈論在多址接入技術中的應用38-40
• 2.5.4 博弈論在OSA中的應用40-42
• 2.6 本章小結(jié)42-43
• 第三章 基于博弈的Femtocell網(wǎng)絡頻率復用算法43-60
• 3.1 引言43-44
• 3.2 系統(tǒng)模型44-47
• 3.3 算法設計47-51
• 3.3.1 簇內(nèi)協(xié)調(diào)48-49
• 3.3.2 簇間博弈49-51
• 3.4 算法性能分析51-54
• 3.4.1 算法可行性51
• 3.4.2 簇內(nèi)協(xié)調(diào)機制的收斂性51-53
• 3.4.3 簇間博弈的相關均衡53-54
• 3.5 仿真結(jié)果與分析54-59
• 3.6 小結(jié)59-60
• 第四章 基于斯坦伯格博弈的頻譜分配與定價60-77
• 4.1 引言60-61
• 4.2 系統(tǒng)模型61-63
• 4.3 頻譜分配與定價策略63-68
• 4.3.1 用戶需求分析64
• 4.3.2 針對理性用戶的最佳策略64-66
• 4.3.3 存在有限理性用戶時的最佳策略66-68
• 4.4 復雜度分析68-69
• 4.5 數(shù)值仿真結(jié)果與分析69-76
• 4.5.1 僅存在理性用戶的場景69-71
• 4.5.2 包含有限理性用戶的場景71-76
• 4.6 小結(jié)76-77
• 第五章 基于演化博弈與動態(tài)規(guī)劃的最優(yōu)頻譜分配77-99
• 5.1 引言77-78
• 5.2 系統(tǒng)模型78-80
• 5.3 用戶服務選擇的演化博弈80-82
• 5.4 最優(yōu)頻譜分配82-85
• 5.5 網(wǎng)絡平衡點穩(wěn)定性分析與證明85-89
• 5.5.1 演化均衡85-86
• 5.5.2 網(wǎng)絡平衡86-89
• 5.6 最優(yōu)頻譜分配方法89-90
• 5.7 仿真結(jié)果與分析90-98
• 5.7.1 動態(tài)服務選擇結(jié)果90-92
• 5.7.2 最優(yōu)動態(tài)頻譜分配92-96
• 5.7.3 動態(tài)網(wǎng)絡平衡96
• 5.7.4 網(wǎng)絡均衡的穩(wěn)定性96-98
• 5.8 小結(jié)98-99
• 第六章 基于斯坦伯格博弈的接入選擇與干擾協(xié)調(diào)99-112
• 6.1 引言99-100
• 6.2 系統(tǒng)模型100-103
• 6.3 算法設計103-106
• 6.3.1 斯坦伯格博弈分析103-104
• 6.3.2 宏基站的聯(lián)合優(yōu)化算法104-105
• 6.3.3 Femtocell的聯(lián)合優(yōu)化算法105-106
• 6.4 斯坦伯格博弈均衡證明106-107
• 6.5 仿真結(jié)果與分析107-111
• 6.6 小結(jié)111-112
• 第七章 論文工作總結(jié)與展望112-116
• 7.1 本文完成的主要工作112-115
• 7.2 未來研究展望115-116
• 參考文獻116-133
• 攻讀博士學位期間取得的學術成果133-135
• 致謝135-136
• 附件136

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號：254240