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随着信息技术和多业务无线网络的飞速发展,人们对宽带无线业务的需求不断增加,频谱这种不可再生的宝贵资源正逐渐变得短缺。然而现有的固定频谱分配策略,导致许多已经分配给授权用户的频谱在某些时间段却处于空闲状态,频谱利用率较低,存在较大的频谱浪费现象。认知无线电技术CR(Cognitive Radio)的出现提高了频谱利用率,缓解了频谱资源不足的问题,因而成为目前无线通信领域的研究热点。
认知无线电是一种新兴的智能无线通信技术,它通过频谱感知、功率控制和频谱管理、频谱共享、频谱切换等关键技术,实现在不对授权用户正常通信造成影响的前提下,伺机接入授权用户合法频段,实现动态频谱接入,提高频谱利用率。
本文从认知无线电技术特性出发,主要研究认知无线电动态频谱接入的关键技术——功率控制技术。针对博弈论在解决系统紧缺性资源方面的研究优势,文中详细研究了基于博弈论的认知无线电分布式功率控制算法。论文首先研究了Overlay频谱共享方式下,认知无线电的功率控制博弈算法。从物理意义角度出发,详细分析了NPG算法的导出过程,接着研究了NPGP算法,通过MATLAB仿真验证了该算法实现了对NPG算法的性能改进。为了进一步提高认知无线电系统的通信性能,本文在研究NPGP sigmoid算法的基础上,提出改进的NPGP sigmoid算法,提出了“纳什均衡门限因子”的概念,并证明改进的NPGP sigmoid算法所提出的效用函数是关于该因子的单调递减函数,通过MATLAB仿真,证明了改进的NPGPsigmoid算法在减小“纳什均衡门限因子”取值时,可以进一步提高认知用户的效用且减小认知用户的发射功率。
论文接着研究了Underlay频谱共享方式下,认知无线电的功率控制博弈算法。在分析 CDPC算法和Koskie-Gajic算法的基础上,结合对数函数要求自变量非负的特点,提出了对数效用功率控制算法,从而在效用函数设计上就保证了认知用户信干比大于等于目标信干比的要求,接着通过理论和MATLAB仿真证实了该算法的这一优点。此外,对数效用算法在认知用户较少时,具有认知用户信干比较大的特点,这有利于该算法满足高速数据通信对高信干比要求的需要。