認(rèn)知無(wú)線電動(dòng)態(tài)頻譜接入的競(jìng)爭(zhēng)與干擾規(guī)避策略研究.pdf

1、認(rèn)知無(wú)線電概念是現(xiàn)代通信發(fā)展歷程上的一個(gè)革命性觀點(diǎn)，在過(guò)去十年中一直受到廣泛的關(guān)注。通過(guò)軟件定義無(wú)線電，認(rèn)知無(wú)線電可以察覺(jué)信道狀態(tài)、能源效率、帶寬可用性、地理位置、頻譜使用、網(wǎng)絡(luò)連接性等等。并且，通過(guò)與無(wú)線環(huán)境和其他用戶的交互作用，認(rèn)知無(wú)線電可以自適應(yīng)地改變其操作參數(shù)從而達(dá)到最佳的頻譜使用率。此外，認(rèn)知無(wú)線電概念還被引入到下一代無(wú)線和移動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)中用來(lái)提高頻譜的使用效率。
　　動(dòng)態(tài)頻譜接入是認(rèn)知無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)，采用該技術(shù)認(rèn)知無(wú)線

2、電用戶可以伺機(jī)接入無(wú)線電頻譜。認(rèn)知用戶在接入無(wú)線電頻譜過(guò)程對(duì)其他用戶產(chǎn)生的干擾是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。該問(wèn)題可以從三個(gè)方面進(jìn)行研究。一、授權(quán)用戶可以制定規(guī)則來(lái)指導(dǎo)認(rèn)知用戶的頻譜接入，減少來(lái)自認(rèn)知用戶的干擾；二、認(rèn)知用戶通過(guò)頻譜感知避免對(duì)授權(quán)用戶或其他認(rèn)知用戶造成干擾；三、認(rèn)知用戶之間通過(guò)頻譜競(jìng)爭(zhēng)或合作來(lái)共享頻譜資源。本文從上述三個(gè)方面研究了認(rèn)知用戶頻譜競(jìng)爭(zhēng)與干擾避免的問(wèn)題，并根據(jù)博弈理論和優(yōu)化算法，提出了解決的方案。
　　首先，從授

3、權(quán)用戶角度出發(fā)，針對(duì)認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶頻譜共享中的干擾問(wèn)題，提出基于干擾補(bǔ)償定價(jià)的認(rèn)知周期優(yōu)化算法和基于定價(jià)機(jī)制的混合頻譜接入管理算法。針對(duì)認(rèn)知用戶在授權(quán)用戶隨機(jī)出現(xiàn)情況下無(wú)法及時(shí)退出所導(dǎo)致的干擾問(wèn)題，傳統(tǒng)的認(rèn)知周期優(yōu)化算法以最大化認(rèn)知用戶的平均吞吐量為目標(biāo)，忽略授權(quán)用戶的體驗(yàn)?；诟蓴_補(bǔ)償定價(jià)的認(rèn)知周期優(yōu)化算法使授權(quán)用戶參與制定認(rèn)知周期，根據(jù)授權(quán)用戶的頻譜利用率調(diào)整認(rèn)知周期時(shí)長(zhǎng)，并且平衡認(rèn)知用戶的干擾概率和信道空閑率?；诙▋r(jià)機(jī)制的混

4、合頻譜接入管理算法針對(duì)認(rèn)知用戶混合頻譜接入時(shí)頻譜接入方式對(duì)授權(quán)用戶造成的不同影響。該算法可以根據(jù)授權(quán)用戶頻譜利用率調(diào)整認(rèn)知用戶選擇頻譜Overlay模式和選擇頻譜Underlay模式的頻譜接入價(jià)格，通過(guò)頻譜接入價(jià)格影響認(rèn)知用戶對(duì)這兩種頻譜接入方式的選擇。
　　其次，從認(rèn)知用戶角度出發(fā)，針對(duì)認(rèn)知用戶對(duì)授權(quán)用戶的干擾以及認(rèn)知用戶之間的干擾問(wèn)題，提出了時(shí)間加權(quán)頻譜感知優(yōu)化算法，建立頻譜感知博弈模型并以此為基礎(chǔ)提出非對(duì)稱碰撞規(guī)避策略。時(shí)間

5、加權(quán)頻譜感知優(yōu)化算法針對(duì)授權(quán)用戶在認(rèn)知用戶頻譜感知環(huán)節(jié)突然回歸當(dāng)前信道的現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)采樣信號(hào)分組并按照時(shí)間順序進(jìn)行線性加權(quán)來(lái)提高對(duì)授權(quán)用戶的檢測(cè)概率。算法分析對(duì)比了數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)則和決策融合準(zhǔn)則下的時(shí)間加權(quán)優(yōu)化算法。結(jié)果表明，采用決策融合時(shí)間加權(quán)優(yōu)化算法，在相同分組數(shù)量的情況下的檢測(cè)性能較好。同時(shí)針對(duì)授權(quán)用戶隨機(jī)出現(xiàn)的場(chǎng)景，時(shí)間加權(quán)優(yōu)化算法會(huì)明顯的提高檢測(cè)概率。頻譜感知博弈模型模擬了認(rèn)知用戶吞吐量競(jìng)爭(zhēng)的自私行為以及干擾?；陬l譜感知博弈模型

6、，本文提出非對(duì)稱碰撞規(guī)避策略。該策略在保證自私用戶的minmax收益基礎(chǔ)上，最大化非自私用戶的頻譜接入概率，使得非自私用戶與自私用戶可以共享信道。
　　最后，針對(duì)獨(dú)立的認(rèn)知用戶之間頻譜共享時(shí)的干擾問(wèn)題，提出了競(jìng)爭(zhēng)退出策略和非對(duì)稱主動(dòng)合作策略。在獨(dú)立的認(rèn)知用戶頻譜共享模型中，兩個(gè)認(rèn)知用戶頻譜競(jìng)爭(zhēng)的均衡結(jié)果是認(rèn)知用戶將各自的功率擴(kuò)展到整個(gè)頻譜。針對(duì)均衡時(shí)認(rèn)知用戶之間的相互干擾問(wèn)題，本文提出了基于頻譜移動(dòng)功能的競(jìng)爭(zhēng)退出策略。該策略以最大

7、化認(rèn)知用戶的長(zhǎng)期收益為目標(biāo)，為不同的感知結(jié)果指定了一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)退出時(shí)間。通過(guò)與“干擾-立即退出”方案相對(duì)比，基于競(jìng)爭(zhēng)退出策略均衡時(shí)的方案，認(rèn)知用戶明顯的減少了信道切換次數(shù)，有利于提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。此外，本文提出了基于頻譜接入功能的非對(duì)稱主動(dòng)合作策略。認(rèn)知用戶以最大化長(zhǎng)期收益問(wèn)目標(biāo)，通過(guò)認(rèn)知用戶可以單方面采取合作行為，另一個(gè)認(rèn)知用戶響應(yīng)合作行為的方式來(lái)建立合作。非對(duì)稱主動(dòng)合作是一種隱式的共謀策略，為彼此獨(dú)立的認(rèn)知用戶提供了一種優(yōu)化頻譜共享策略。