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当前无线通信的应用领域越来越广以及多媒体业务的超速扩展,使可以利用的无线频谱资源相当紧缺。更为重要的是传统的静态频谱分配,使主用户的频谱资源在空闲时段没有得到充分的利用,造成极大的浪费,从而导致频谱资源紧缺。因而如何合理的利用频谱资源是解决频谱资源匮乏的关键问题。认知无线电技术正是在这种情况下被提出,通过感知周围环境,实时改变诸多参数,从而提高频谱利用率、缓解频谱资源紧张。
本文以博弈论为数学工具,对认知无线电频谱分配算法进行了深入的研究,主要内容如下:
(1)提出了基于潜在博弈的认知无线电频谱分配算法。同传统算法相比,该算法充分考虑了认知用户对主用户的影响。通过对频谱分配算法的设计目标、效用函数构建的详细分析,并利用相关博弈理论证明了纳什均衡的存在性。仿真结果证明了该算法最终能够达到收敛,在保护主用户通信质量的同时实现最小化的系统干扰,系统性能得到显著改善。
(2)将功率控制与频谱分配相结合,提出了一种以最大化系统吞吐量为目标的联合功率控制的博弈论频谱分配算法。该算法中认知用户不仅能够选择多个传输信道而且还可以动态的改变发射功率以达到最大化系统吞吐量的目的。文中详细分析了效用函数的构建过程,推导了算法的功率迭代公式,并利用凸函数优化理论证明了算法的收敛性。仿真结果证实了理论分析的正确性和算法的有效性。