認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)資源分配策略研究.pdf

1、認(rèn)知無(wú)線電旨在改變固定式的頻譜分配和接入方式以提高資源利用率。認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵問(wèn)題之一是如何根據(jù)頻譜可用信息以及用戶(hù)間的交互行為實(shí)現(xiàn)合理的資源分配。本文研究認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)資源分配，包括基于Overlay架構(gòu)的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜分配策略、基于Underlay架構(gòu)的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)功率分配策略以及基于中繼合作頻譜共享認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜和功率聯(lián)合分配策略。
　　1）研究基于Overlay架構(gòu)的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜分配策略：在基于Overl

2、ay架構(gòu)的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中，次用戶(hù)采用“見(jiàn)縫插針”方式使用空閑頻譜。當(dāng)存在多個(gè)次用戶(hù)時(shí)，如何為其分配可用信道是資源分配的主要任務(wù)之一。本文提出了一種基于代幣的頻譜分配策略。該策略采用“代幣”表征各次用戶(hù)對(duì)頻譜感知做出的貢獻(xiàn)，并由融合中心(FC)對(duì)代幣進(jìn)行拍賣(mài)。基于代幣的頻譜分配策略包括四個(gè)步驟：次用戶(hù)報(bào)告頻譜需求和初次出價(jià)；執(zhí)行聯(lián)合形成算法生成聯(lián)合；次用戶(hù)與聯(lián)合內(nèi)同伴或潛在同伴協(xié)商、談判，形成基于合作的聯(lián)合；各聯(lián)合報(bào)告競(jìng)拍信息、FC依據(jù)

3、概率分配頻譜。在頻譜競(jìng)拍中，某些次用戶(hù)可能代幣儲(chǔ)備不足以支付出價(jià)；而其它次用戶(hù)可能擁有較多代幣儲(chǔ)備，但由于收發(fā)之間信道質(zhì)量差不能獲得理想的數(shù)據(jù)率。本文提出借貸合作方式以改善次用戶(hù)獲得頻譜的概率或傳輸性能。將借貸之間的協(xié)商建模為不完全信息下的非合作博弈，分析了博弈均衡點(diǎn)的存在性和穩(wěn)定性；鑒于次用戶(hù)之間合作能獲得中繼容量，分析了次用戶(hù)與聯(lián)合內(nèi)同伴或潛在同伴之間的合作策略及其獲得的雙方共贏行為；通過(guò)構(gòu)建仿真場(chǎng)景，分析了合作帶來(lái)的雙贏收益及其頻

4、譜分配策略的性能。
　　2）研究基于 Underlay架構(gòu)的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)功率分配策略：基于 Underlay架構(gòu)的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)允許次用戶(hù)同時(shí)使用主用戶(hù)的授權(quán)頻譜傳輸數(shù)據(jù)，但不能對(duì)主用戶(hù)造成無(wú)法容忍的干擾。在該約束條件下，本文設(shè)計(jì)一種協(xié)作傳輸機(jī)制。將傳輸時(shí)間劃分為兩個(gè)等長(zhǎng)時(shí)隙，第一時(shí)隙，各 SU在一條信道上采用直接傳輸，同時(shí)通過(guò)其它信道傳輸部分?jǐn)?shù)據(jù)給中繼；第二時(shí)隙，各 SU繼續(xù)在原來(lái)的直傳信道上傳輸，且不占用其它信道，而中繼通過(guò)

5、其余信道向 SU的接收端傳輸數(shù)據(jù)。考慮總功率約束和主用戶(hù)的干擾約束，將次用戶(hù)在多條信道上的傳輸功率分配建模為非合作博弈，基于容量設(shè)計(jì)次用戶(hù)效用函數(shù)，并證明了該博弈是超模博弈，因而納什均衡存在。通過(guò)分析博弈參與者對(duì)其對(duì)手策略的最優(yōu)反應(yīng)，同時(shí)考慮到信息的不完全性，提出一種基于最佳反應(yīng)更新的分布式算法求解動(dòng)態(tài)博弈解，允許次用戶(hù)在重復(fù)博弈中調(diào)整自身策略，以最大化自身效用。闡述了算法思想和實(shí)現(xiàn)流程，證明了算法的收斂性，仿真分析了不同情況下的最佳反

6、應(yīng)曲線、不同初始策略下最佳反應(yīng)更新算法的收斂性以及不同應(yīng)用場(chǎng)景下的系統(tǒng)容量。
　　3）研究合作認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)資源分配策略：合作頻譜共享允許次用戶(hù)使用主用戶(hù)擁有的部分資源傳輸自己的數(shù)據(jù)，前提是次用戶(hù)要協(xié)助主用戶(hù)傳輸數(shù)據(jù)。這種相互合作機(jī)制能進(jìn)一步提高頻譜利用率。首先構(gòu)建一種資源分配框架：將主用戶(hù)授權(quán)頻譜劃分為兩部分，其中一部分（次信道）用于獎(jiǎng)勵(lì)給次用戶(hù)作為專(zhuān)用信道，次用戶(hù)能夠在該信道中以特定的發(fā)射功率傳輸自身的數(shù)據(jù)；另一部分（主信道）

7、用于主用戶(hù)傳輸數(shù)據(jù)以及次用戶(hù)中繼傳輸主用戶(hù)的數(shù)據(jù)，以提高主用戶(hù)的能量效率。在該合作模型中，傳輸過(guò)程分為兩步：第一步，主用戶(hù)發(fā)布用作獎(jiǎng)勵(lì)的次信道帶寬（主用戶(hù)策略）；第二步，各次用戶(hù)根據(jù)次信道帶寬和自身對(duì)能量代價(jià)的估值決定為主用戶(hù)中繼數(shù)據(jù)的傳輸功率（次用戶(hù)功率分配策略）。將資源分配建模為兩階段 Stackelberg博弈，通過(guò)分析主用戶(hù)和次用戶(hù)容量，分別設(shè)計(jì)二者的效用函數(shù)。為了分析該資源分配博弈的最優(yōu)解，首先假定主用戶(hù)策略固定，采用逆向遞推

8、法研究次用戶(hù)功率分配的最優(yōu)策略，分析了納什均衡的存在性和唯一性，然后研究主用戶(hù)最優(yōu)策略，證明了主用戶(hù)存在唯一的最優(yōu)策略，且該最優(yōu)策略與功率分配博弈獲得的功率分配最優(yōu)策略構(gòu)成了資源分配博弈唯一的Stackelberg均衡。進(jìn)一步考慮在實(shí)際應(yīng)用中，用戶(hù)無(wú)法獲取完全信息，加之不能導(dǎo)出主用戶(hù)最優(yōu)策略的閉式解，提出一種功率分配博弈分布式更新算法和主用戶(hù)策略更新算法，闡述了算法思想，證明了算法的收斂性和穩(wěn)定性，并仿真測(cè)試了主用戶(hù)效用隨策略的變化、次