基于合作博奔論的協(xié)作通信和結(jié)盟技術研究.pdf

1、隨著無線應用范圍的日益擴展，各種新型無線接入方式不斷出現(xiàn)，頻譜越發(fā)成為稀缺資源。通信需求的滿足依賴于傳輸資源的高效利用。在主從網(wǎng)絡共存的場景下，當主用戶村杯杓要求很高時，次用戶的數(shù)據(jù)吞吐能力將明顯下降，以致無法滿足很多無線業(yè)務的通信要求，此時有必要通過次用戶間或主次用戶間的相互協(xié)作提高通信性能。因此將協(xié)作分集引入到認知無線網(wǎng)絡的多用戶通信中，深入研究協(xié)作傳輸技術是當前認知無線網(wǎng)絡的一個熱點。在共享頻譜的無線網(wǎng)絡中需折衷考慮主次用戶個體、

2、不同次用戶之間和主次網(wǎng)絡整體利益，形成了用戶間和網(wǎng)絡間的各種博弈。因此博弈論作為一個優(yōu)化策略被廣泛應用于研究杄杓杁和通信網(wǎng)絡資源分配與調(diào)度等問題。以往無線網(wǎng)絡中博弈論研究的主流為非合作博弈。然而，在未來基于協(xié)作的認知網(wǎng)絡中，無線節(jié)點無法獨立行使尋路與轉(zhuǎn)發(fā)行為，這些任務必須通過合作完成，所以將無線網(wǎng)絡節(jié)點的行為建模為合作博弈應該更為恰當。全體用戶合作的博弈策略，在達到網(wǎng)絡性能優(yōu)化的同時必然增加了網(wǎng)絡整體代價，非合作博弈理論僅考慮個體用戶的

3、效用也無法達到整體最優(yōu)，而合作博弈理論，尤其是目前國內(nèi)外在無線通信網(wǎng)絡中研究極少的聯(lián)盟博弈兼顧了個體理性、聯(lián)盟理性與整體理性。但聯(lián)盟博弈理論在無線通信領域似乎還沒有引起足夠重視，相對于非合作博弈，這方面的已有研究成果所占比重還很小。本文正是基于這一背景開展的研究。
　　本文的研究集中在協(xié)作頻譜共享背景下基于合作博弈論的無線網(wǎng)絡協(xié)作通信與結(jié)盟技術研究這一領域。在深入研究合作博弈、認知無線電及多跳傳輸技術的基礎上，根據(jù)具體問題，構(gòu)建相

4、應的基于合作博弈的頻譜共享模型，并基于模型著重研究協(xié)作共享動態(tài)頻譜接入技術和基于認知的協(xié)作通信機制與資源調(diào)度方案、主次網(wǎng)絡間的頻譜租賃與共享、無線多跳網(wǎng)絡協(xié)作激勵和無線網(wǎng)絡聯(lián)合信號檢測與處理等關鍵技術，以提高無線頻譜利用率并增加通信系統(tǒng)的容量和質(zhì)量。主要研究內(nèi)容包括：
　?、裴槍φJ知無線電頻譜共享問題，在主用戶與多接入感知用戶共存的場景下，嘗試從策略與技術融合的角度，提出一種動態(tài)頻譜接入的產(chǎn)權(quán)模型實現(xiàn)框架杻頻譜租賃分層模型，以尋求

5、頻譜效率的突破。該模型中感知用戶間競爭接入時采用了分布式非對等機會功率控制；主從網(wǎng)絡之間的競爭與協(xié)作采用了序貫博弈。對模型的完全信息場景給出了逆向歸納法求解步驟，對不完全信息場景給出了可行的近似求解方案和非對等機會功率控制算法。理論分析與仿真結(jié)果顯示，該模型為主從網(wǎng)絡間的頻譜共享提供了一種靈活、有效的途徑。
　?、埔怨蚕眍l譜的無線系統(tǒng)為背景，基于聯(lián)盟博弈模型研究盲分組多用戶檢測性能與聯(lián)盟結(jié)構(gòu)的關系及最佳聯(lián)盟形成算法。首先從系統(tǒng)指標

6、角度構(gòu)建了一種多用戶檢測可轉(zhuǎn)移支付統(tǒng)計博弈模型；然后從用戶偏好角度構(gòu)建了一種不可轉(zhuǎn)移支付模型，揭示了兩種模型的特征函數(shù)特性及節(jié)點聯(lián)盟收益與通信距離的關系；給出了最大化用戶平均吞吐量的多用戶檢測聯(lián)盟形成算法，并通過仿真驗證了該算法的有效性。
　　⑶協(xié)作多跳通信可以極大地增加網(wǎng)絡吞吐量，而分組轉(zhuǎn)發(fā)卻可能對中繼節(jié)點帶來能耗或機會損失。因此，多跳傳輸?shù)挠行崿F(xiàn)有賴于自私節(jié)點之間協(xié)作意愿的促成。已有研究大多采用貨幣或價格激勵方式。針對依賴于