淺析基于代價(jià)機(jī)制的頻譜接入方法

張 秘（重慶電訊職業(yè)學(xué)院,重慶 400850）

淺析基于代價(jià)機(jī)制的頻譜接入方法

張 秘
（重慶電訊職業(yè)學(xué)院,重慶 400850）

認(rèn)知無線電（Cognitive Radio，CR）是一種潮流的智能無線通信技術(shù)，它通過一定頻譜感知、一定的功率控制和頻譜管理、頻譜切換、頻譜共享等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)在對(duì)授權(quán)用戶正常通信造成不影響的前提下，伺機(jī)的接入合法用戶頻段，實(shí)現(xiàn)頻譜動(dòng)態(tài)接入。MATLAB仿真結(jié)果表明基于代價(jià)函數(shù)的動(dòng)態(tài)頻譜接入方法具有可行性，在滿足一定條件時(shí)能夠使次用戶在共享授權(quán)用戶頻譜時(shí)候達(dá)到利益最大化即納什均衡，并得到次用戶能共享到的頻譜和獲得的收益與自身的信噪比成正相關(guān)。

認(rèn)知無線電；動(dòng)態(tài)頻譜接入；博弈論納；什均衡代價(jià)函數(shù)

0 基于代價(jià)機(jī)制的頻譜接入方法簡(jiǎn)述

目前針對(duì)頻譜環(huán)節(jié)接入的研究，很多用了博弈論的技巧，分為兩種：共享策略的合作頻譜和共享策略的非合作頻譜。利用合作共享頻譜方法，即認(rèn)知無線電終端（CRT：Cognitive Radio Terminal）在接入到某一頻段中去時(shí)，必須考慮自身通信對(duì)網(wǎng)絡(luò)中其他用戶帶來的影響。CRT將通過一個(gè)動(dòng)態(tài)廣播的機(jī)制（比如公共控制信道）向網(wǎng)絡(luò)中的其他用戶報(bào)告自己的位置、功率等狀態(tài)參數(shù)，向全網(wǎng)絡(luò)廣播其干擾度，然后網(wǎng)絡(luò)根據(jù)其產(chǎn)生的干擾情況而采取相應(yīng)的頻譜資源接入方式。另外，基于代價(jià)機(jī)制的頻譜接入方法的亦有較多的研究，文獻(xiàn)[23]中的頻譜租賃方法中次用戶租用主用戶的頻譜均需要付出一定的代價(jià)，而價(jià)格都是主用戶根據(jù)次用戶的租賃需求信息制定的。

1 基于代價(jià)函數(shù)法頻譜接入立體理論分析

頻譜接入問題等同于為壟斷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)問題，針對(duì)該問題建立博弈模型[23]，個(gè)次用戶作為博弈的參加者，通過不停地調(diào)整所需的頻譜數(shù)，相互競(jìng)爭(zhēng)，使得自己的利益得到最大化。

（1） 靜態(tài)代價(jià)函數(shù)博弈

2 動(dòng)態(tài)的代價(jià)函數(shù)博弈

在現(xiàn)實(shí)的認(rèn)知無線的電場(chǎng)景里，某個(gè)次用戶與其它次用戶的信息是相互保密的，次用戶與其他次用在當(dāng)時(shí)選定的策略之間是相互保密的。所以次用戶需要利用分布式的動(dòng)態(tài)頻譜調(diào)節(jié)算法來逐漸達(dá)到納什均衡，這樣使得各個(gè)次用戶的收益最大的利用。

3 基于代價(jià)函數(shù)的頻譜接入模型仿真分析

3.1 仿真環(huán)境

本論文采用MATLAB仿真工具來進(jìn)行頻譜接入博弈算法的仿真。假設(shè)在中國(guó)超短波通信中原本劃分給調(diào)頻廣播獨(dú)占使用的87.5~108MHz的頻段，現(xiàn)作為認(rèn)知無線場(chǎng)景的主用戶，能為次用戶動(dòng)態(tài)接入的頻譜為15MHz，存在N=2個(gè)次用戶欲互相搶共享主用戶里面的頻譜，并假定兩個(gè)次用戶的目標(biāo)誤碼率均為，各個(gè)次用戶使用單位頻譜時(shí)的收益均設(shè)為（表示在競(jìng)爭(zhēng)頻譜過程中不考慮次用戶之間為獲取頻譜而提升頻譜單價(jià)）。對(duì)動(dòng)態(tài)迭代算法，初始頻譜設(shè)為。

3.2 仿真結(jié)果及分析

通過對(duì)動(dòng)態(tài)價(jià)格函數(shù)博弈模型的仿真得到了如下幾個(gè)圖形：圖4.2顯示了在學(xué)習(xí)因子為時(shí)不同信噪比（r1,r2）下，兩個(gè)次用戶能共享到的頻譜的最佳值，可以看出不同的信噪比下所達(dá)到的納什均衡點(diǎn)是不同的，并且信噪比越大所達(dá)到的納什均衡點(diǎn)時(shí)共享的頻譜也就越高。這是由于在信道質(zhì)量比較好即信噪比高的情況下，次用戶在單位頻譜上傳輸?shù)氖找婢驮礁撸瑒t對(duì)頻譜的需求就越大，因此能夠共享到較多的頻譜數(shù)，當(dāng)然，共享較多的頻譜也付出了較多的代價(jià)，但其共享單位頻譜的凈效用會(huì)隨著信噪比的增加而增加。因此，當(dāng)次用戶的信噪比變大時(shí)，其共享到的頻譜數(shù)也會(huì)變多。所以該仿真圖驗(yàn)證了該動(dòng)態(tài)代價(jià)函數(shù)博弈模型是可以實(shí)現(xiàn)的，在狀態(tài)下具有收斂性，能夠通過動(dòng)態(tài)頻譜接入達(dá)到納什均衡。

4 結(jié)論

本文的研究對(duì)象是幾年來出現(xiàn)的為增加頻譜利用率、解決無線電頻譜資源缺少問題的認(rèn)知無線電（CR：Cognitive Radio）技術(shù)。認(rèn)知無線電里面的動(dòng)態(tài)頻譜接入是關(guān)聯(lián)到如何利用率高的使用頻譜資源，提高系統(tǒng)容量，減小系統(tǒng)干擾水平的重要問題。針對(duì)此問題國(guó)內(nèi)外的許多專家與大量學(xué)者已經(jīng)做了廣泛的研究，取得了一些成果。

本文緊緊抓住國(guó)內(nèi)外最新的研究動(dòng)態(tài)與成績(jī)，對(duì)認(rèn)知型無線電技術(shù)的動(dòng)態(tài)頻譜接入問題做了關(guān)鍵研究，描繪了認(rèn)知無線電的博弈論解決方案，提出了介于代價(jià)函數(shù)的頻譜接入問題模型。在研究的過程中，采用了理論假設(shè)、可行性論證和計(jì)算機(jī)仿真相結(jié)合的理實(shí)一體，從理論和仿真兩個(gè)方面對(duì)所研究的命題進(jìn)行了深入探討。

[1]基于認(rèn)知系統(tǒng)中頻譜特征的動(dòng)態(tài)頻譜分配與接入機(jī)制、資源優(yōu)化方法研究[Z].中國(guó)知網(wǎng).

[2] http://www.doc88.com/p-683738877672.html（道客巴巴）[Z].