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认知无线电网络中基于博弈论的频谱共享算法研究

张晓  
【摘要】: 认知无线电能够感知、学习外界环境,实时改变系统工作参数,动态检测和有效利用空闲频谱,提高频谱利用效率,解决频谱资源缺乏的问题。频谱共享技术是认知无线电技术的关键技术之一,主要解决在检测到空闲频谱后,次用户如何利用频谱的问题。 博弈论可以用来分析具有博弈性质的主次用户之间的频谱共享问题。本文首先阐述了认知无线电的基础知识和博弈理论,在博弈论模型中实现了非合作式频谱共享并得到了纳什均衡解;论文还研究并实现了以最大化总利润为目标的最优化模型,通过对比两者的仿真结果发现最优化模型存在公平性低(只有一个次用户能和主用户共享频谱)的缺点,非合作模型虽然公平性高却存在总利润低的问题;为了综合两者的优点,本文在非合作博弈解的基础上实现了合作式频谱共享,对模型中有两个次用户时的场景进行了仿真。当次用户信道质量分别为11dB,12dB时,仿真结果发现在总利润方面,合作式中比非合作式中提高了12.7%而比最优化中只降低了大约4.2%;在公平性方面,两次用户共享到的频谱大小之比在非合作式中为0.86(5.3:6.1),最优化中为0(0:8.8),而合作式中的0.75(3.7:4.9)明显比最优化中的公平性好。Matlab仿真结果表明,合作模型在公平性和效率性的综合性能方面,要优于非合作模型和最优化模型。


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