認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中基于博弈論的動(dòng)態(tài)頻譜共享算法研究.pdf

1、為了解決無線頻譜資源的匱乏、提高頻譜利用率，認(rèn)知無線電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。其能夠感知周圍環(huán)境的變化并隨之自適應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)的工作參數(shù)，而頻譜共享機(jī)制是認(rèn)知無線電系統(tǒng)的重要核心內(nèi)容之一，它允許非授權(quán)用戶在不影響授權(quán)用戶正常通信的前提下，動(dòng)態(tài)共享感知到的授權(quán)頻譜，實(shí)現(xiàn)對不可再生的頻率資源的再利用，從而有效地緩解頻譜資源緊張的問題。同時(shí)頻譜共享中涉及到了如何正確選擇頻譜、功率等策略，而博弈論是一種可以用來幫助決策者分析和選擇決策的有效數(shù)學(xué)工具，因此如

2、何利用博弈論研究和分析頻譜共享問題是無線領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
　　本文基于博弈理論，結(jié)合經(jīng)濟(jì)學(xué)等其他理論，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，研究了認(rèn)知無線電頻譜共享技術(shù)，建立了認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)頻譜共享的系統(tǒng)框架，針對共享頻譜問題提出了幾種基于博弈論的頻譜共享算法。主要研究內(nèi)容和成果如下：
　?。?）提出了基于市場競爭的三階段動(dòng)態(tài)博弈頻譜接入算法。該算法在兩級動(dòng)態(tài)頻譜接入網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)上，利用逆推法和Bertrand博弈理論解決動(dòng)態(tài)頻譜接入問題。兩

3、個(gè)寡頭（移動(dòng)虛擬運(yùn)營商：MVNO）先后確定所需頻譜數(shù)并進(jìn)行價(jià)格競爭吸引終端次用戶，次用戶可根據(jù)對速率和價(jià)格的不同偏好進(jìn)行選擇。理論推導(dǎo)和仿真分析了算法的正確性和穩(wěn)定性，證明該算法存在唯一納什均衡。仿真結(jié)果表明，MVNOs可以利用該算法做出最優(yōu)投資和價(jià)格決定，達(dá)到收益最大化，為MVNO實(shí)際應(yīng)用提供了參考模型。
　?。?）提出了基于演進(jìn)博弈理論的動(dòng)態(tài)頻譜共享算法。該算法研究了壟斷頻譜市場中兩個(gè)有限理性的移動(dòng)虛擬運(yùn)營商基于需求的價(jià)格競爭

4、，其價(jià)格策略的選擇同時(shí)考慮了自身收益和次用戶的QoS需求。以運(yùn)營商的有限理性為前提，利用演進(jìn)博弈理論建模MVNOs的動(dòng)態(tài)價(jià)格策略選擇，通過復(fù)制動(dòng)態(tài)理論，運(yùn)營商動(dòng)態(tài)調(diào)整價(jià)格策略，達(dá)到演進(jìn)穩(wěn)定策略。引入獎(jiǎng)懲機(jī)制，使得運(yùn)營商可以維持共謀，從而獲得更多的利益。仿真結(jié)果證實(shí)了所提出的算法能夠讓運(yùn)營商利用復(fù)制動(dòng)態(tài)調(diào)整自己的策略來達(dá)到演進(jìn)穩(wěn)定均衡，同時(shí)運(yùn)營商最初的策略選擇概率對ESSs有著重要的影響。此外，有獎(jiǎng)懲機(jī)制的動(dòng)態(tài)頻譜共享算法相比其它算法具有

5、更好的性能。
　?。?）構(gòu)建了一種基于非線性需求函數(shù)的壟斷頻譜市場模型。為了最大化收益兩個(gè)能提供不同頻譜速率的有限理性MVNO進(jìn)行兩階段博弈：第一階段運(yùn)營商確定進(jìn)行Betrand博弈或Cournot博弈，即選擇策略變量，第二階段選擇的博弈類型確定價(jià)格的高低或產(chǎn)量的大小，其中利用演進(jìn)博弈理論建模運(yùn)營商的動(dòng)態(tài)策略選擇，通過演進(jìn)博弈中的動(dòng)態(tài)復(fù)制，本章所提出的算法收斂到演進(jìn)穩(wěn)定策略，并且得到了Cournot均衡為子博弈精煉納什均衡，同時(shí)也

6、是唯一的ESS的結(jié)論，即運(yùn)營商選擇產(chǎn)量策略可以獲得最高的收益。仿真結(jié)果證實(shí)了本章所提出的算法可以使MVNO能自適應(yīng)調(diào)整至最優(yōu)決策。
　?。?）提出利用微分博弈理論的功率控制算法。該算法根據(jù)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)，將微分博弈理論應(yīng)用于研究認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的功率控制，考慮了網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間連續(xù)性，認(rèn)知用戶的功率控制策略選擇建模為微分博弈模型，不僅考慮了用戶當(dāng)前的收益，還考慮其策略的長遠(yuǎn)意義，通過此模型求解得到了開環(huán)納什均衡解。仿真結(jié)果表明，