认知无线电中频谱共享策略算法研究

编号

本科生毕业设计

认知无线电中频谱共享策略算法研究

Research on Spectrum Sharing Strategy Algorithm in Cognitive Radio

学 生 姓 名 专 业 学 号 指 导 教 师 学 院

通信工程 110421521

电子信息工程学院

二〇一五年六月

长春理工大学本科毕业设计

毕业设计（论文）原创承诺书

1．本人承诺：所呈交的毕业设计（论文）《认知无线电中频谱共享策略算法研究》，是认真学习理解学校的《长春理工大学本科毕业设计（论文）工作条例》后，在教师的指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的内容，不弄虚作假，不抄袭别人的工作内容。

2．本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和研究成果，均在文中加以注释或以参考文献形式列出，对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中注明。

3．在毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。

4．本人完全了解学校关于保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；同意学校保留毕业设计（论文）的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文），可以公布其中的全部或部分内容。

以上承诺的法律结果将完全由本人承担！

作 者 签 名： ? 年??月??日

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摘要

随着无线通信技术的不断发展，无线频谱的紧缺限制了无线通信的持续发展。认知无线电技术被认为是解决无线频谱紧缺问题的一种新方法。本文将着重于博弈论的认知无线电频谱共享策略的研究。首先，对认知无线电的基本原理和其中的关键技术进行简单的说明，随后是对认知无线电的频谱共享技术进行阐述，为研究频谱共享策略做铺垫，然后通过古诺模型来分析基于价格的多认知用户频谱共享问题，通过静态博弈和动态博弈两方面分析得到认知网络的频谱分配结果。最后利用博弈模型分析了多个授权用户之间的频谱共享策略，分析主系统、 次用户该如何选择才能获得最大收益。经过仿真，给出改进模型的性能仿真结果。

关键词：认知无线电 博弈论 频谱共享

I

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Abstract

With the continuous development of wireless communication technology,the shortage of wireless spectrum limits the development of wireless communication technology. The cognitive radio is considered as a new solution to overcome the existing barrier. In this article, we will discuss the spectrum sharing schemes in the cognitive radio based on game theory. As a first step, we will simply explain the basic principle of the cognitive radio and the key technology. Further, we will talk about the spectrum sharing schemes in the cognitive radio,which is ready for the research of spectrum sharing strategy. After that,we will use the cournot duopoly model to discuss spectrum sharing problem for multiple cognitive users based on price, and we will conclude the result of cognitive network spectrum allocation both by static game and dynamic game. Finally, we will use the game model to analyze the spectrum sharing schemes of multiple authorized users, and how to choose to get the maximum benefit as for the primary system or secondary users. After the simulation, we will give a performance simulation by the improved model.

Keywords: Cognitive Radio；Game Theory；Spectrum Sharing

II

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目录

摘要 ................................................................................................................................. I Abstract ......................................................................................................................... II 第1章 绪论 .................................................................................................................. 1

1.1 课题研究的目的和意义................................................................................. 1 1.2 国内外研究现状............................................................................................. 1 1.3 本文的内容..................................................................................................... 2 第2章 认知无线电技术 .............................................................................................. 3

2.1 认知无线电的概念......................................................................................... 3 2.2 认知无线电的关键技术................................................................................. 3 2.3 认知无线电频谱共享常见模型..................................................................... 4 第3章 博弈论及频谱共享算法研究 .......................................................................... 5

3.1 博弈论的定义................................................................................................. 5 3.2 纳什均衡......................................................................................................... 5 3.3 常见的博弈方法和模型................................................................................. 6 第4章 多个认知用户间的频谱共享策略 .................................................................. 7

4.1 多认知用户频谱共享系统模型..................................................................... 7

4.1.1 频谱共享网络模型 ............................................................................. 7 4.1.2 频谱共享的无线传输模型 ................................................................. 7 4.2 基于古诺博弈的频谱分配............................................................................. 8

4.2.2 动态古诺博弈频谱分配 ..................................................................... 9 4.3 仿真和分析................................................................................................... 10 第5章 多个授权用户和认知用户频谱共享策略 .................................................... 12

5.1 系统模型....................................................................................................... 12 5.2 无线传输频谱共享系统............................................................................... 13 5.3 博弈策略....................................................................................................... 13

5.3.1 主系统的最佳带宽定价 ................................................................... 13 5.3.2 次用户的静态博弈 ........................................................................... 14 5.3.3 次用户的动态博弈 ........................................................................... 14 5.3.4 帕累托最优 ....................................................................................... 15 5.4 仿真结果与分析........................................................................................... 15

5.4.1 最佳请求带宽和纳什均衡 ............................................................... 16 5.4.2 动态博弈和稳定区间 ....................................... 错误！未定义书签。 5.4.3 帕累托最优 ....................................................................................... 18

第6章 总结 ................................................................................................................ 19

III

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