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认知无线电技术通过对频谱资源的“二次利用”,可以缓解目前频谱资源紧缺的问题,提高频谱利用率。在对频谱的“二次利用”中,如何有效地为次用户分配频谱显得尤为重要。博弈论是一种依靠严谨的数学模型来解决博弈参与人的策略选择问题。通过博弈,找出能实现个体最优(非合作博弈)或整体最优(合作博弈)的最佳策略组合。因此,本文采用博弈论的方法,根据次用户的不同目标效用函数,来研究次用户的频谱分配问题。
本文首先阐述了认知无线电的定义及其关键技术,并分析了认知无线电频谱分配的研究现状,然后介绍了动态频谱分配理论和博弈论相关知识。根据次用户在博弈中是否合作的情形,文中分别用非合作博弈和合作博弈研究了次用户的频谱分配。认知无线电网络中,主用户将空闲频谱以频谱拍卖的方式提供给次用户接入,次用户在使用主用户的空闲频谱时需支付一定的成本。首先,针对次用户之间相互竞争使用频谱并最大化自身收益的情况,文中第三章用非合作博弈中的古诺博弈模型对次用户的频谱分配进行了分析,提出了一种改进的基于古诺博弈的动态频谱分配模型,首先对现有的频谱定价函数进行改进,并在次用户的效用函数中,引入了次用户的竞争因子,用于分析次用户的竞争对次用户博弈的纳什均衡点以及次用户动态博弈的影响。通过对改进博弈模型的仿真分析可知,次用户的频谱请求策略可以更快地收敛到纳什均衡,频谱利用率也有一定的提高。为了最大化次用户系统的总收益,第四章考虑了次用户合作使用频谱的情况,使用合作博弈中的纳什讨价还价方法来研究次用户的频谱分配。此外,为保证次用户的QoS要求,文中考虑了次用户的最低速率需求,在满足每个次用户的最低速率需求前提下,次用户之间通过纳什议价的方法选择最佳的频谱请求策略,使得网络中所有次用户的总收益达到最优。最后,通过仿真分析,在纳什议价博弈下,次用户的QoS要求得到保证,次用户系统的总收益高于非合作博弈时的情形,并且系统的公平性也高于非合作博弈的情形。