基于认知无线电的功率控制算法
认知无线电中快速收敛的功率控制博弈算法
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认 知 无 线 电 中快 速 收 敛 的功 率控 制博 弈算 法
朱冰 莲， 明华 ， 明达， 运 钱 张
（ 重庆 大学 通信工程学院， 重庆 ４ ０ ４ ） ０ ０４ （ 通信作者 电子 邮箱 ｙ ｎ ｉｇｕ ＠１６ ｅｍ） ｕ ｍｎ ｈａ ２ ．ｏ
ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｏ ｓ ａ ｎ ，ｎ ｔｏ ｌ ａ ａ ｔｃ ｎ ｅ ｇ ，ｂ ｔａｓ ａ ｉｈ ｒ ａ ｅ ａ ｅ Ｓ Ｒ ｉ ｔｌａ ｔ ３ ｄ ｈ ｎ ｔ ｅ ｎ ｍｂ ｒ ｏ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｃ ｎ ｔ ｉ ｔ ｏ ｎ ｙ ｃ ｎ ｆｓ ｏ ｖ ｒ ｅ ｕ ｏ ｈ ｓｈ ｇ ｅ ｖ ｒ ｇ Ｉ ｗ ｔ ａ ｅ ｓ ０． Ｂ ｗ ｅ ｈ ｕ ｅ ｆ ｒ ｌ ｈ ｕ ｅ ｓ ｉ ｌ ｓ ｈ ｎ ｔ ｅ ｔ．Ｉ ｃ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌｔ ｅｐ ｗ ｒｏ ｅ ｏ ｄ ｒ ｓ ｒ ｆ ｃｉｅ ｙ ｓ ｒ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｗ ｎ ｙ ｔ ａ ｏ ｔ ｈ ｏ ｅ ｆｓ ｃ ｎ ａ ｕ ｅ ｓ ｅｆ ｔ ｌ ． ｏ ｙ ｅ ｖ
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一种改进的基于博弈论的认知无线电功率控制算法
一种改进的基于博弈论的认知无线电功率控制算法基于公平考虑，考虑到各用户的信道状况：对链路增益较好的用户，受到的惩罚多一些；对链路增益较差的用户，使其受到的惩罚少一点。
考虑到各用户的发射功率：对发射功率大的用户，受到的惩罚多一些。
在郭雁《基于博弈论的认知无线电功率控制算法研究》基础上，本人提出一种新的基于认知用户发射功率、信干比和链路增益的代价函数：C i (P i ,h i ,γi )=ithi i ib λγγ-+i i i P h a （i=1,2,3,…,N ）γi =∑≠=+Nij j iij j j ii C P h P h ,12σi P 是认识用户i 的发射功率，hi 为用户i 的链路增益，ij C 表示认知用户i 和认知用户j信号的互相关系数，2i σ为认知用户i 受到的背景噪声功率，γi 是认知用户i 的信干比，thi γ为满足用户最低通信要求的信干比阈值，a i 、b i 是两个比例系数，tari γ为认知用户i 的目标信干比。
i λ为信干比上限值调节因子，当用户信干比γi>tariγ时，则算法通过i λ=iλ⎪⎪⎭⎫⎝⎛tar i i γγ2限制用户信干比，以保证用户信干比满足通信需求。
下面，证明所提出此代价函数的合理性：i i Nij j ijjji th i i ii iih a CP h h b P C ++⋅--=∂∂∑≠=,122)()/(σλγγ0)/(22322>⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅-=∂∂-ii i th i i i ii I h b P C λγγ （设2,1σ+=∑≠=-ijjNij j ji CP h I ）i thi i i i i i i iii th i i i i i I a b h a I h b P C λγγλγγ+=⇒=+⋅--⇒=∂∂--0)/(02 i i i i I P h -=γ，iii th i i i i i i ii i th i i i i i i i i i P h a P b h I a I b h h I P γλγγλγγ⋅+=⋅+⋅⋅=⋅=---1采用牛顿迭代法，0,)()()()()()1()(>⋅+⋅==ℜ+i n i n ii thi n i i i n i i n in IP P h a P b P Pγλγγ因此，（1）)()(f n )1(i max )(i ）（时，in i n iP P P P ℜ=≤+ （2）max )1(i max )(i )(f i n i n iP P P P =>+时，)()(10,12,12∑∑≠-≠=+⋅++⋅⋅+-=Nij j i ij j j i i th i N i j j i ij j j i i i i C P h h C P h a b h P σλγσ令函数：)()(1),,,,,,,(,12,122∑∑≠-≠=-+⋅++⋅⋅+-=Nij j i ij j j i i th i N i j j i ij j j i i i i iij i i i i i i i C P h h C P h a b h P C h b a P P F σλγσσλ由隐函数理论，雅可比矩阵非奇异时，迭代方程有解。
认知Wi-Fi2.0无线网络多用户动态分层功率控制算法
Ｉ ｎ ｔ ｅ ｍｅ ｔ 接入服 务． 例 如： 文 献［ １ ０ ］ 从 ｗｉ — Ｆ ｉ ２ ． ０网络 中 ＷＳ Ｐ的经 济收益 的角度 出发， 研 究 了用 户接入和 迁 出策 略
和 ＷＳ Ｐ之 间的市场 竞争 ； 文献 ［ １ １ 】 考虑 了双头垄 断 的 Ｗｉ ． Ｆ ｉ ２ ． ０网络 中 ＷＳ Ｐ对 于频谱和 用户 的竞争， 采用博弈 论 分析 了服 务关税（ ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ｔ ａ ｒ ｉ ｆ ｆ ｓ ） 和信 道利用 效率（ ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ｕ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ） 的纳什均衡 解． 在 文献［ １ ０ ， ｌ １ ］ 的基础 上， 文 献［ １ ２ 】 采用 半马尔 可夫决策 过程研 究最优 的认知终 端用户 策略设计 ． 由于认 知 ｗｉ ． Ｆ ｉ ２ ． ０无线 网络 的感知性 、 自主性 、适变性 以及认 知设备 的灵活捷 变性 的特 征， 要 求设计 动 态 自适应地传 输机 制和 资源 管理和控 制算法 ， 有 效约束认 知节点 自私 的策 略行 为， 避免 认知节 点谎报 Ｑｏ Ｓ需 求 以获得更 高优 先级 或者更 多廉价 的频谱 资源 ， 并进 一步遏 制干扰 ． 因此， 为满足 Ｗｉ ． Ｆ ｉ ２ ． ０无线 网络 的特 性， 博 弈 论 必将在认 知 Ｗｉ ． Ｆ ｉ ２ ． ０ 无线 网络 中的研究 发挥 重要 作用［ １ ０ ， １ １ ｊ ． 其 实， 博弈 论在开 放频谱共 享传统 的 ＷＬ ＡＮ中 已 经 有大量 的研 究［ １ ． 目前， 大多数研 究仍 集 中在 采用 纳什 非合作博 弈模 型的纳 什均衡 解的分析 和逼 近算法 的
基于认知无线电系统的新型合作功率控制博弈算法
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[PDF]认知无线电中基于博弈论的功率控制算法的研究
![[PDF]认知无线电中基于博弈论的功率控制算法的研究](https://img.taocdn.com/s3/m/54aa35310622192e453610661ed9ad51f01d5482.png)
摘要随着信息技术和多业务无线网络的飞速发展，人们对宽带无线业务的需求不断增加，频谱这种不可再生的宝贵资源正逐渐变得短缺。
然而现有的固定频谱分配策略，导致许多已经分配给授权用户的频谱在某些时间段却处于空闲状态，频谱利用率较低，存在较大的频谱浪费现象。
认知无线电技术CR(Cognitive Radio)的出现提高了频谱利用率，缓解了频谱资源不足的问题，因而成为目前无线通信领域的研究热点。
认知无线电是一种新兴的智能无线通信技术，它通过频谱感知、功率控制和频谱管理、频谱共享、频谱切换等关键技术，实现在不对授权用户正常通信造成影响的前提下，伺机接入授权用户合法频段，实现动态频谱接入，提高频谱利用率。
本文从认知无线电技术特性出发，主要研究认知无线电动态频谱接入的关键技术——功率控制技术。
针对博弈论在解决系统紧缺性资源方面的研究优势，文中详细研究了基于博弈论的认知无线电分布式功率控制算法。
从物理意义角度出发，详细分析了NPG算法的导出过程，接着研究了NPGP算法，通过MATLAB仿真验证了该算法，实现了对NPG算法的性能改进。
为了进一步提高认知无线电系统的通信性能，本文在研究NPGP sigmoid算法的基础上，提出了NPGP sigmoid-NL算法，通过MATLAB仿真，证明了NPGP sigmoid-NL算法可以进一步提高认知用户的效用且减小认知用户的发射功率。
论文接着研究了Underlay频谱共享方式下，认知无线电的功率控制博弈算法。
在分析CDPC算法和Koskie-Gajic算法的基础上，结合对数函数要求自变量非负的特点，提出了对数效用功率控制算法，从而在效用函数设计上保证了认知用户的信干比大于等于目标信干比的要求，接着通过理论和MATLAB仿真证实了该算法的这一优点。
此外，对数效用算法在认知用户较少时，具有认知用户信干比较大的特点，这有利于该算法满足高速数据通信对高信干比要求的需要。
关键词：认知无线电；动态频谱接入；功率控制；博弈论；S型效率函数；代价函数AbstractWith the rapid development of wireless communication technologies and the increasing broadband communication demands, the shortage of spectrum resource is becoming an outstanding problem day by day. However, many frequency bands are not used efficiently most of time and there exists a big waste of spectrum because of the fixed spectrum allocation policy. Cognitive radio (CR) is a revolutionary technology that promises to alleviate the radio spectrum shortage problem by improving the spectrum utilization.CR is a new novel intelligent wireless communication technique which can adopt a series of key technologies such as spectrum sensing, power control and spectrum management, spectrum sharing, spectrum handoff etc to utilize the unused licensed spectrum of licensed users, in this way, CR can realize dynamic spectrum access and improve the spectrum utilization.From the perspective of characteristic in CR, this thesis develops a deep research on the key technology of CR which is transmitting power control. This thesis does detailed research on distributed power control algorithm of CR by means of game theory. The NPG algorithm is deduced in the perspective of physical meaning, and then the NPGP algorithm is researched and proved which can improve the communication performance of the NPG algorithm by using MATLAB simulation. To further enhance the communication performance of CR, the NPGP sigmoid-NL algorithm is proposed. The MATLAB simulation results show that the utility of the improved NPGP sigmoid algorithm will improve and the CR users’ transmitting powers will decrease by decreasing the value of “Nash Equilibrium threshold factor”.Then, the thesis does research on power control algorithm when CR users are in the manner of Underlay mode of spectrum sharing. The logarithmic utility power control algorithm is proposed, which combines the characteristic of non-negative variables of logarithmic function. Through theoretic analysis and MATLAB simulation, we can prove that the proposed algorithm can guarantee all the CR users’ SIR needs, which are greater than or equal to the target SIR values. Besides, when there are only a few of CR users, the logarithmic utility algorithm can make the CR users to achieve higher SIR values so as to meet the high SIR needs of high-speed data communications.Key Words: Cognitive Radio; Dynamic Spectrum Access; Power Control; Game Theory; Sigmoid Efficiency Function; Pricing Function.缩略词表ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line 非对称数字用户线路BER Bit Error Rata 误比特率BPSK Binary Phase Shift Key 二进制相移键控CDMA Code Division Multiple Access 码分多址CDPC Constrained Distributed Power Control 受限的分布式功率控制Coherent FSK Coherent Frequency Shift Keying 相干频移键控CR CognitiveRadio 认知无线电CRRB Cognitive Radio users Receive Base 认知用户接收基站CRT Cognitive Radio users Transmitter 认知用户发射机DARPA Defense Advanced Research ProjectAgency 美国国防高级研究计划署DPC DistributedPowerControl 分布式功率控制DPSK Differential Phase Shift Keying 差分相移键控DSA DynamicSpectrumAccess 动态频谱接入FCC Federal Communication Commission 联邦通信委员会FIP FiniteImprovementPath 有限提高路径FSR Frame Success Rate 帧成功传输率GCC Group Control Channel 群控制信道LU LicensedUsers 授权用户MAC MediumAccessControl 介质接入控制MIMO Multiple Input Multiple Output 多输入多输出NE NashEquilibrium 纳什均衡NPG Non-cooperative Power Control Game 非合作功率控制博弈NPGP Non-cooperative Power Control Gamewith Pricing 基于代价函数的非合作功率控制博弈NPGP sigmoid NPGP algorithm based on sigmoidefficiency function 基于S型效率函数的非合作功率控制博弈Non-coherent Non-coherent Frequency Shift Keying 非相干频移键控FSKOFDM Orthogonal Frequency Division正交频分复用MultiplexPRB Primary users Receive Base 主用户接收基站usersTransmitter 主用户发射机PT PrimaryUsers 一级（主）用户PU PrimaryQoS Quality of Service 服务质量QPSK Quadrature Phase Shift Keying 正交相移键控RF RadioFrequency 射频RKRL Radio Knowledge Representation无线电知识描述语言LanguageSDR Software Defined Radio 软件定义无线电SDRF Software Define Radio Forum 软件无线电论坛SIR Signal to Interference Ratio 信干比SPTF Spectrum Policy Task Force 频谱政策专门小组SU SecondaryUsers 二级（认知）用户WINLAB Wireless Information Network无线信息网络实验室LaboratoryNetwork 无线区域网络WRAN WirelessAreaRegionalUCC Universal Control Channel 全局控制信道XG Next Generation Communications 下一代通信数学符号表G博弈过程{1,2,,}I N =博弈过程参与者集合 123N A A A A A =××××博弈过程策略集合i第i 个博弈参与者或第i 个认知用户 j 第j 个博弈参与者或第j 个认知用户 ()i u ⋅ 认知用户i 的效用函数 i p认知用户i 的发射功率 i γ认知用户i 的信干比 W 系统带宽 W R系统扩频增益 2σ 系统背景噪声功率 max p 认知用户发射功率上界 ()i f γ 认知用户i 的效率函数 (,)i i i c p P −认知用户i 的代价函数 λ代价函数因子γtar i认知用户i 的信干比目标值maxi γ对数效用算法中认知用户i 信干比上界南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
基于博弈论的认知无线电自适应功率控制算法
基于博弈论的认知无线电自适应功率控制算法彭青;肖海林【期刊名称】《电信科学》【年(卷),期】2013(29)1【摘要】A non-cooperative power control algorithm based on game theory was proposed in cognitive radio systems, and its Nash equilibrium existence and uniqueness were also proved. However, some users'SINR is much larger than the target value in the proposed algorithm, causing power waste. Aiming at improving it, a feedback function was presented to design a mechanism of penalty factor self-adaptive adjustment on the basis of the algorithm. The numerical simulation results show that, compared with other distributed algorithms, the proposed algorithm, in the premise of meeting the primary user' QoS requirements, is able to ensure that all cognitive users' output SINR meet the threshold requirements, reduce the power consumption and overcome the near-far effect to achieve the purpose of the fair sharing of spectrum resources.%针对认知无线电环境下的功率控制问题,给出了基于博弈论的非合作功率控制算法,并对其纳什均衡存在性和唯一性进行了证明.在此基础上,针对该算法中部分用户SINR远大于目标值而引起功率浪费的情况,通过一种反馈函数对惩罚因子进行自适应调整.仿真结果表明,与其他分布式算法相比,经过调整后的功率控制算法在保障主用户QoS需求的前提下,能够保证所有用户的输出SINR满足上下限阈值要求,并有效降低认知用户功率消耗,克服远近效应,达到用户公平共享频谱资源的目的.【总页数】5页(P46-50)【作者】彭青;肖海林【作者单位】桂林电子科技大学信息与通信学院桂林541004【正文语种】中文【相关文献】1.基于博弈论的认知无线电功率控制算法 [J], 李红岩;傅洪亮;管爱红;许峰2.认知无线电中基于博弈论的联合功率和速率控制算法 [J], 关宏博;张广春3.基于博弈论和效用论的认知无线电功率控制算法 [J], 张北伟;胡琨元;朱云龙4.基于非合作博弈论的认知无线电功率控制算法（英文） [J], 赵军辉;杨涛;贡毅;王娇;付雷5.认知无线电MIMO中基于博弈论的功率控制算法 [J], 彭青因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于解码转发的认知无线电机会功率控制算法
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基 于解 码 转 发 的认 知 无 线 电机 会 功 率 控 制 算 法
滕 鸿飞 ， 峰 ， 梦 雯 田 吴
（ 南京邮 电大学 信号处理与传输研究院 ， 江苏 南京 ２ ００ ） １０ ３
摘
要： 频谱 感知是认 知无线电 网络正常工作 的基础 ， 而功 率控制 问题 的解决是认 知 网络和 主用 户网络正 常运 行
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认知无线电中快速收敛的功率控制博弈算法
认知无线电中快速收敛的功率控制博弈算法认知无线电（Cognitive Radio，CR）作为一种新型的无线通信技术，能够有效地提高无线电谱的利用效率。
在认知无线电系统中，快速收敛的功率控制博弈算法起着至关重要的作用。
本文将深入探讨认知无线电中快速收敛的功率控制博弈算法，并对其进行全面评估和分析。
1. 了解认知无线电让我们来了解一下认知无线电的基本概念。
认知无线电是一种智能无线通信技术，它利用智能感知和学习的功能，能够主动地感知、判断和适应无线电环境，提高频谱的动态利用效率。
在认知无线电系统中，不同用户之间会存在频谱竞争和干扰问题，因此需要一种高效的功率控制算法来实现频谱共享和干扰管理。
2. 快速收敛的功率控制快速收敛的功率控制是认知无线电系统中必不可少的一环。
它能够帮助系统快速地适应无线电环境的变化，有效地应对频谱竞争和干扰问题。
在快速移动的通信环境下，功率控制算法需要具备快速收敛的特性，以保证系统能够及时、准确地调整功率水平，实现频谱的高效利用。
3. 博弈算法在功率控制中的应用在认知无线电系统中，频谱竞争是不可避免的。
如何通过有效的博弈算法来实现功率控制，成为了一个关键问题。
博弈算法能够帮助用户之间进行合作与竞争，并找到最优的功率分配方案。
在快速收敛的功率控制中，博弈算法的应用能够有效地缓解频谱竞争和干扰问题，提高系统的整体性能。
4. 深入分析快速收敛的功率控制博弈算法快速收敛的功率控制博弈算法是一种复杂而又精密的算法。
它需要考虑用户之间的合作与竞争关系，同时还要兼顾系统性能的最优化。
在实际应用中，如何设计出一种快速收敛的功率控制博弈算法成为了一个挑战。
我们需要综合考虑用户间的信息交互、功率约束、频谱分配等多个因素，以实现系统的整体性能最优化。
5. 个人观点和理解在我看来，快速收敛的功率控制博弈算法是认知无线电系统中的一项重要技术。
它能够有效地提高系统的频谱利用效率，降低用户间的干扰，提高通信质量。
基于信干比的认知无线电自适应功率控制算法
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第３ 第１ ０卷 期 ２０ 年 １ ０８ 月
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认知无线电中快速收敛的功率控制博弈算法
认知无线电中快速收敛的功率控制博弈算法
认知无线电技术中的功率控制博弈算法是一种用于快速收敛的算法。
其目的在于通过不断调整无线电发射功率，使得网络中的所有用户都能够得到满意的服务质量，同时最大限度地减少能量消耗。
这种算法的核心思想是通过博弈论的方法来实现功率控制，从而达到网络优化的目的。
在认知无线电技术中，用户之间存在着复杂的相互作用关系。
因此，只有通过博弈论的方法才能够有效地解决这些问题。
在功率控制博弈算法中，每个用户都被视为一个博弈参与者，其目标是通过调整自己的发射功率来最大化自己的效用函数，同时尽可能减少对其他用户的干扰。
为了实现这一目标，功率控制博弈算法需要考虑多种因素。
首先，它需要考虑每个用户所处的位置和环境条件，以确定最佳的发射功率。
其次，它需要考虑网络中其他用户的影响，以确定最优的策略。
最后，它需要考虑用户之间的竞争关系，以确定最终的结果。
通过这种算法，可以实现快速收敛和网络优化。
同时，它还可以最大限度地减少能量消耗，从而实现可持续发展的目标。
因此，在未来的认知无线电技术中，功率控制博弈算法将会成为一个重要的研究领域，为网络优化和可持续发展做出贡献。
认知无线电功率控制算法分析
升所有用户发射频率 即可，但 是在 对用户的发 射频率进行提升 的时候 ，必 然会对 其他的认知 用 户 造 成 负 面 影 响 ，系 统总 体 的 性 能 虽 然 可 以 提 升部分用户发射频率 ，但 是在过程中必须要 考虑到其余用户 的感 受。最好的方式通过一系 列计算 ，求 出联合数据传送速 率受到约束的最 大化 问题方面 的一个全局性解 。但 是整体运算 过程十分复杂 ，笔者认为可 以将 博弈论视为基 础 ，与遗传算法相结合 ，通过 两组用 户之 间互 相博弈的方式 ，来建立起一个模 型，之后 使用 遗传算法对策略空间进行搜索 。通 过该方式进 行优化计算 ，可 以保证授权用户不会 受到负面 干扰，并且也可 以提升大部分用户 自身的发生 功 率。过 程中既存在合作，并且也具备认知无 线 电系统 ，在操作过 程中，想要避免认知用户 相互之 间干扰及冲 突， 就必须要严格控制 功率 。 博弈论 的主要 目标就是对决策 的主体行为 以及
一
一
道 占用情况也会发生一定转变，所以在不同的 时间段 内，频带的范围 以及使用状况存在一定 差异。在成功检测到频谱之后，便可 以对频谱 想要 妥 善使 用认 知无 线 电技术 ，就必 须 进行统计，使用相应的分配方法将空闲下来的 要保证利户 。
知 无线 电功 率控 制 算法 进行 简
分析 。
理层 以上协议要保证无认 知无线 电用户 进行检 ４ 博弈论 及其算法仿真 测空闲频谱 的时候 ，始终保 持沉 默，通 过这种 博弈 论的 主要研 究方 向就 是对决 策 的主 方式保确保周 围无线环境 当中的频谱功率都是 体在进行一种行为之后，会发生什么样的直接 从 已知授权用户 中发射出来的。因为无线电环 【 关键词 】认知 无线电 电功率计算 电功率控 或者是见解 的影响，或者是二者 之间会产 生相 境会随着时间 的变化而产生变化 ，并且 因为授 制 模 拟计 算 互作 用的时候，对 其均衡 问题进 行研 究的一种 权用户类型不一， 所以损失的发射频 率也不 同， 理 论 ， 也就 是 当 一 个 主体 在 选择 之 后会 应 用 于 想要实现频谱感知功能 ， 就必须具有高灵活性。 其余人决策的时候 ，就需要用博 弈论对其进行 可 以使用匹配滤波器检测 、静态循 环特 性检测 解决。想要 成功运 用博弈论，首先需要 建立一 近 年 来，无 线 电通信 行 业 已经逐 渐被 人 以及能量检测 、合作探测 、干扰检 测等 方法， 个严 谨的数 学模型，通过 模型来反应现实生活 们 认可、接受，并且行业发展十分迅速 ，各种 提升频谱的实际使用效率 。 中的利 害冲 突。博弈 论中的诸 多主体 ，在现实 高新技 术层出不穷 。常规认知无线 电的功率控 ２ ． ２测发射 功率控 制 生活 的利益 方面必然存在 一定的冲 突，所 以需 制计 算方式 比较麻烦 ，而且准确性 不稳 定，本 要参 与的各 方 自主作 出相应 的优化 决策 ，让某 文将 主要从博弈论角度对认知无线 电控 制算法 认知 无线 电的控制 方式 大致 上可 以分 为 主体 的利 益达到 最大化 。博 弈论在 １ ８世纪 进 行分析，力求寻找到操作便捷 ，计算简单的 分 布 式 和 功 率 控 制 式 。通 过 这 两 种 方 式提 升 无 以前便 已经诞 生，一直在被 不断的完善 ，在 当 认知无线电的功率算法。 线电通讯系统工作范 围。在运行过程 中，对用 今社会 中，博弈论在经济学 中已经 具有 了一定 １ 从 博弈 论角度 的 无线 电功 率控 制算 法 户造成影响的最主要 因素就是其余用户发射 的 的地 位 。 功率，所 以需要对发射功率进行控制 ，经 实际 现状 分析算 法现状 最 小 发射 功 率 计 算 。 检验，使用博弈论或者是信 息论都 可以起 到较 ＮＰ Ｇ博 弈 模 型 和 ＮＰ ＧＰ的 博 弈 模 型， 认 知 无线 电 中最为 关键 的技 术就 是频谱 好的控制效果 。 在博 弈论 中属 于 比较 经典 的两 个模 型，且两 共 享，但 是在进行频谱共享之前必 须要保 障用 个 模 型都 具有 纳什 均衡 ，他 们 之 问就 必 须 ． ３ 频谱 分 配 户 能够进 行正常的通信行为 ，频谱共享是认知 ２ 要满 足 丫 ｉ ２ １ ｎ Ｍ，ｉ ＝ｌ ， ２ ， …ｎ ， 将 用 户 自 身 无线 电关键技 术之一。一般认为造成干扰 的主 在进 行频 谱分 配 的时候 ，首 先要考 虑 到 的 最 小发 射 功 率 认 定 为 Ｐ ｍｉ ｎ ， 则 可 以得 出 要原 因就 是因为认知用户的 自身发射功率 ，所 对认知无线 电用户在操作过程 中产 生的干扰 问 ‰ｍ ｗＥ ， 随 意选 定 一个 以必须要找 出一种可 以妥善解决该 问题 的无线 题，其次是无线 电用户相互之 间的干扰 ，最后 电技术功 率控 制的方法。功率控制 问题可 以简 是认 知无 线 电系统 中效 益 以及用 户公平 性 分 发射 功率原始的最 小值 ，如 果存在 ｐ ～＞ ｐ ， ～， 单的理解为在特 定的环 境中，选择多个用户 自 析。 贝 ０ Ｐ ｉ ｍ ｉ ｎ ＝ ｐ ，否 贝 ４ ｐ ． ｍ ＝ ～ ，ｉ ＝ｌ ， ２ ， …ｎ ，贝 Ⅱ 身的发射功率 ，让认知 用户 联合数据的传输效 （ ∑ ， 丑 ＋ ）ｉ ＝ ｌ ， ２ ， …ｎ ， 使 用 该 率 最 大 化 。想 要 达 到 这 一要 求 ， 我 们 只 需 要 提 ３认知无线电仿真平台的建立及统计分配
认知无线电中联合功率控制的动态频谱分配算法
２１ ０ ０年 １ ２月
计 算 机 应 用 研 究
Ａｐ ｌ ａｉ ｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｏ ｕ ｅ ｓ ｐ ｉ ｔ ｓ ａ ｃ ｆＣ ｍｐ ｔｒ ｃ ｏ
Ｖ０ ． ７ Ｎｏ １ １２ ． ２
Ｄｅ ． ２ ０ ｃ ０１
认 知 无 线 电 中联 合 功 率控 制 的动态 频谱 分 配算 法
ｐ ｏ ｏ ｅ ｎ ｉ ｒ ｖ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ｓ ｅ ｔ ｍ ｌ ｃ ｔ ｎ ａｇ ｒ ｈ ｗ ｉｈ ｔｏ ｅｐ ｗｅ ｏ ｔ ｌ ｅ ｈ ｉ ｕ ｔ ａ ｃ ｕ ｔ ｏｎ ｏ ｅ ｒｐ ｓ ｄ ａ ｍｐ ｏ ｅ ｙ ａ ｃ ｐ ｃｒ ａ ｌ ａｉ ｌｏ ｔ ｍ ｈ ｃ ｋ ｔ ｏ ｒ ｎ ｒ ｃ ｎ ｑ ｅ ｉ ｏ ｃ ｏ ｎ ．Ｊ ｉ ｔ ｗ ｒ ｕ ｏ ｏ ｉ ｏ ｈ ｃ ｏｔ ｎ ｐ ｃ ｎ ｒ ｌ ｃ ａ ｉｍ ｏ ｌ ｏ ｎ ｙ ａ ｏｄ ｉ ｔｒｅｅ ｃ ｅｗｅ ｎ ｕ ｅ ｓ ｂ ｔ ｌｏａ ｏｄ ｉｔｒｅｅ ｃ ｏｌ ｋ ｗｈｃ ｓａｒ ａ ｙ ａｌ— ｏ ｔｏ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｃ ｕ ｄ ｎ ｔｏ ｌ ｖ ｉ ｎｅ ｒ ｎ ｅ ｂ ｔ ｅ ｓ ｒ ， ｕ ｓ ｖ ｉ ｎ ｅ ｒｎ ｅ ｔ ｉ ｉｈ ｗａ ｌ ｄ ｏ ｆ ａ ｆ ｎ ｅ ｌ
关键词 ：频谱 分配 ；功率控 制 ；干扰 图 ；最大独立 集 中 圈分 类号 ：Ｔ ３ ３ Ｐ ９ 文 献标 志码 ：Ａ 文章编 号 ：１０ — ６ ５ ２ １ ） ２ ４ ８ －４ ０ １３ ９ （０ ０ １ —６ ０ ０
ｄｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ —６ ５ ２ １ ．２ ０ ２ ｏ：０ ３ ６ ／ ． ｓ．０ １３ ９ ．０ ０ １ ． ８ ｓ
Ｄ ｎ ｍ ｃｓｅｔ ｍ ａ ｏａｉｎａｇｒｈ ｆ ｎ ｏ ｅ ｏ ｔ ｌｎ ｙ ａ ｉ ｐ ｃｒ ｌ ｃｔ ｌｏｉ ｍ ｏ ｉｔ ｗ ｒｃｎｒ ｕ ｌ ｏ ｔ ｊ ｐ ｏ ｏｉ
基于认知无线电系统的新型功率控制与定价算法
基于认知无线电系统的新型功率控制与定价算法针对认知无线电环境中的不同用户需求，本文采用空时分集多载波码分多址(OFDM-CDMA)技术构架了认知无线电(CR)系统，提出一种新型非合作功率控制与价格博弈算法(NPGP)，以保护频谱供给者的网络经济利益，实现对已认知频谱资源的公平高效分配，提高频谱利用率。
仿真结果表明该算法在保障频谱供给者的网络经济利益前提下，既保证了频谱资源的公平高效分配，又实现对用户功率的有效控制，系统性能显著提高。
文献[2]提出一种链路维护模型，降低认知用户的中断概率。
文献[4]设定主用户信干比的保护半径，从而降低认知用户对主用户的干扰。
本文与文献[2][4]不同，一方面兼顾认知无线电高效可靠的通信系统要求，利用OFDM子载波的正交性和OFDM-CDMA各子载波传输相同的信息数据特性，设计出新的认知无线电通信系统模型，提出一种主用户保护和认知用户切换策略，该策略方便简单，既保障主用户正常通信，又避免认知用户的通信中断。
另一方面为保障频谱供给者的网络经济利益和已认知频谱资源的高效分配，本文采用非合作功率控制博弈与定价理论，以前功率控制或定价算法多以用户SIR需求，发送比特率或系统吞吐量性能提高[6-8]，Foschini-Miljanic[6]的经典SIR平衡算法和Alpcan-Basar[7]的线性算法存在功率浪费问题。
Koskie-Gajic[8]的功率博弈算法存在资源冗余而部分用户SIR需求却无法满足的矛盾。
Shankar[5]和Kloeck-Jaekel[9]的功率与定价算法则忽略用户间的干扰。
在认知无线电环境下，不同种类的用户公平共享已认知的频谱资源，功率控制与价格算法应保证频谱供给者的网络经济利益和认知用户的通信需求，以上算法都无法应用到认知无线电系统。
本文考虑频谱供给者的网络经济利益，不同认知用户的SIR差异和系统总吞吐量的提高，提出新型的非合作功率控制博弈与定价(Noncooperative Power control Game via Pricing, NPGP)算法，该算法中价格策略考虑频谱供给者频谱经济成本，频谱效用和通过降低认知用户干扰获取最大经济利益；非合作功率控制算法则考虑用户SIR的阈值要求和系统总吞吐量的提高，以保证认知用户公平高效的共享频谱资源。
基于代价函数的认知无线电功率控制博弈算法
南 京 邮 电 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｊｕｎｌ ｆ ａｊ ｇＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｏｔ ａｄＴｌｃｍｍ ｎｃｔｎ （ ａ ｒ ｃ ｎｅ ｏｒａ ｏ ｎｉ ｎ ｅｓｙ ｆ ｓ ｎ ｅ ｏ ｕｉａｏｓ Ｎ ｔ ａ Ｓｉ ｃ ） Ｎ ｎ ｖ ｉ Ｐ ｓ ｅ ｉ ｕｌ ｅ
Ｖｏ１３ Ｎｏ． ．０ ５ ０ｃ ． ２ ０ ｔ ０１
基 于代 价 函数 的 认知 无 线 电功 率控 制博 弈 算 法
孙 彬 ，杨 震 ，田 峰
２ ００ 、 １０ ３
，． １ 南京邮电大学 通信与信息工程学院， 江苏 南京
Ｉ． 南京邮电大学 信号处理与传输研究院 ， ２ 江苏 南京
，
ＡｂｔａｔＢ ｓｄ ｏ ｅｎｎｃｏ ｅ ｔ ｅｐｗ ｒｃｎｒｌ ａ ｅ（ Ｐ ｓ ｃ： ａｅ ｎ ｔ ｏ — ｐｒ ｉ ｏ ｅ ｏ ｔ ｍ ｒ ｈ ｏ ａｖ ｏｇ Ｎ Ｇ）ｐｏ ｏｅ ｙＤ ｖｄＧ ｏｍ ｎ ，ｎ ｒｐｓｄ ｂ ａｉ ｏｄ ａ ． ａ
ｉ ｒ ｖ ｄ ｐ ｃｎ ｕ ｃ ｉｎ ｉ ｄｏ ｔ ｄ ａ ｄ ａ ｐ ｗｅ ｏ ｔｏ ａ ｌ ｏ ｔ ｍ ｕ ｔｂ ｅ ｆｒｃ ｇ ｉｉｅ ｒ ｄ ｏ ｓ ｓ ｍｐ ｏ ｅ ｒ ｉｇ ｆ ｎ ｔ ｓ ａ ｐ ｅ ｎ ｏ ｒｃ ｎ ｒ ｌｇ ｍｅ ａｇ ｒ ｈ ｓ ｉａ ｌ ｏ ｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｙ — ｉ ｏ ｉ ｖ ｔｍ ｓ ｐ ｏ ｓ ｄ． ｈｅ ｈ ｘ ｓｅ ｃ ｎ ｎ ｑ ｅ ｅ ｓｏ ｈ ｓ ｑｕｌｂ ｕ ａ ｅ ｐ ｏ ｅ ｏ ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ｅ ｉ ｒｐｏ ｅ Ｔ ｎ ｔ ｅ ｅ ｉｔ ｎ ｅ ａ ｄ ｕ ｉ ｕ ｎ ｓ ｆｔｅ Ｎａ ｈ ｅ ｉ ｒ ｍ ｒ ｒ ｖ ｄ ｆｒｔ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｉｉ ａ ｇ ｒｔ ｍ． ｅ ｓｍｕ ａ ｉｎ ｅ ｕｔ ｖ ｓ ｏ ｔ ａ ， ｎ ｏ ａ ｓ ｎ ｏ ｅ ｅ ａ ｌｓ ｉａ ｄ ｓｒｂ ｔ ｄ ｌ ｏ ｌｏ ｈ Ｔｈ ｉ ｌ ｒ ｓ ｌ ｈａ ｅ ｈ ｗｎ ｈ ｔ ｉ ｃ ｍｐ ｒ ｏ ｔ ｓ ｖ ｒ ｌ ｃａ ｓｃ ｌ ｉｔ ｕ ｅ ａｇ — ｉ ｏ ｓ ｉ ｉ ｒｔ ｍｓ，ｈｅｐ ｏ ｏ ｅ ｌｏ ｔ ｍ ｏ ｎ ｙｒ ｄ ｃ ｓｔ ｅ ｔａ ｓ ｔｐ ｗｅ ｎ ｍｐ ｏ ｅ ｈ ｓ ｒ Ｓｕｔ ｉ ｕ ｌｏ ｉｈ ｔ ｒ ｐ ｓ ｄ ａ ｇ ｒ ｈ ｎ ｔｏ ｌ ｅ ｕ ｅ ｈ ｒ ｎ ｍｉ ｏ ｒａ ｄ ｉ ｒ ｖ ｓｔ ｅｕ ｅ ’ ｉ ｔ ｂ ｔａ ｓ ｉ ｌｙ ｓ ｅ ｄ ｐ ｔ ｏ ｖ ｒ ｅ ｃ ． ｈｅ ｅｏ ｅ ｉ ｆｔ ｌ ｔ ｈ ｏ ｎ ｔ ｅ ｒ ｄ ｏ ｓ ｓｅ ｗｉ ｉ ｈ ｄ ｍａ ｄ ｏ ｉ — ｐ ｅ ｓ ｕ ｈｅ ｃ ｎ ｅｇ ｎ ｅ Ｔ ｒ ｆｒ ｔｉ ｓｗｅｌ ｏ ｔ ｅ ｃ ｇ ｉｉ ａ ｉ ｙ ｔ ｍ ｔ ｈ ｇ ｅ ｎ ｆｔｍｅ ｖ ｈ ｄ ｌｙ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ． ｅ ａ ｈ ｒ ｃ ｅ ｔｃ ｉ Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｏ ｎｔｖ ａ ｉ ｃ ｇ ｉ ｅ ｒｄ ｏ；ｎ ｎ— ｏ ｐ ｒ ｔｖ ａ ｉ ｏ ｃ ｏ ｅ ａｉｅ ｇ ｍｅ；ｐ ｗｅ ｏ ｔｏ ｏ ｒｃ ｎ ｒ ｌ
ww基于信干比的认知无线电自适应功率控制算法
第30卷第1期电子与信息学报Vol.30No.1 2008年1月 Journal of Electronics & Information Technology Jan. 2008基于信干比的认知无线电自适应功率控制算法程世伦杨震(南京邮电大学信号处理与传输研究院南京 210003)摘要：该文以空时编码(STBC) MC-CDMA网络系统为认知无线电通信平台，将一种基于SIR的非合作功率控制博弈算法应用于该认知无线电系统，并根据用户的SIR需求差异，对算法改进设计出新的自适应功率控制博弈算法(CR-NCPCG)。
仿真结果表明CR-NCPCG算法以不同用户SIR需求为前提，通过不同用户功率的有效控制，实现了用户公平共享频谱资源的需求。
关键词：认知无线电；非合作功率博弈；自适应函数；SIR中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2008)01-0059-04 Adaptive Power Control Algorithm Based on SIR in Cognitive RadiosCheng Shi-lun Yang Zhen(Institute of Signal Processing and Transmission, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China)Abstract:Aiming at the discrepancies of the Signal-to-Interference Ratio (SIR) among different users in Cognitive Radios (CR), a Nash game algorithm for SIR-based power control was adopted and a novel adaptive algorithm was designed based on a Space-Time Block Coding MC-CDMA (STBC MC-CDMA) system. Simulation results show that the novel algorithm can regulate their transmitter powers to meet the different SIR requirements effectively and the anti-interference performance of CR system is improved obviously.Key words: Cognitive radio; Non-cooperative power control game; Adaptive function; Signal-to-interference ratio1引言随新一代无线移动通信对带宽的巨大需求，无线频谱已成为现代社会不可或缺的宝贵的资源，在许多频段频谱接入是比频谱物理稀缺更重要的问题，无线频谱共享技术成为新一代无线移动通信的核心技术，认知无线电能充分利用频谱资源实现频谱共享，解决未来频谱资源短缺(尤其低频段)和现有频谱资源未被充分利用的矛盾。
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cooperative communication, a new OPCSS-DF algorithm is proposed. The simulation results show that the proposed algorithm improves system performance and spatial diversity, which makes tቤተ መጻሕፍቲ ባይዱe range of applications of this algorithm wider. Secondly, based on Goodman's non-cooperative power control game, a new power control
I
南京邮电大学硕士研究生学位论文
摘要
关键词：认知无线电；协作通信；功率控制；非合作博弈；频谱共享；
II
南京邮电大学硕士研究生学位论文
Abstract
Abstract
In recent years, wireless communication plays an increasingly important role in people's daily life and social development, which makes wireless communication technology develop at a high-speed. However, wireless communications rely on radio spectrum, the frequency as a kind of natural resources is very limited. The existing spectrum allocation method is unreasonable, which leads to the scarcity of spectrum resources and a very low utilization of licensed spectrum. Recently, cognitive radio (CR) technology becomes a research hot spot, which requires no fixed spectrum allocation and communicates in the free band through the perception of the surrounding electromagnetic environment, and then improved spectrum efficiency. It is considered as the best technology to solve those problems mentioned before. Power control technology is one of the key problems in CR and wireless communication. Reasonable adjustments to the user's transmit power can not only ensure the normal communication of primary users, but also meet the needs of CR users. Cooperative communication technology in recent years has developed fast, whose basic idea is that the users forward the information for each other in wireless network to obtain greater spatial diversity. In this paper, power control for cooperative communications based on CR system is studied to improve network throughput and achieve a better optimization of transmission power under the premise of primary users’ normal communication. Fairness among CR users should be considered too. The study comprises two parts, cognitive radio hardware and software. Works and innovations are as follows: The first part focuses on the use of power control technology to improve the performance of wireless communication systems. Firstly, based on the OPCSS algorithm and the Decode-and-Forward in
研究生签名：____________ 导师签名：____________ 日期：_____________
南 京 邮 电 大 学 硕士学位论文摘要
学科 、专业：工 学 、信号与信息处理 研 究 方 向：无线通信与信号处理技术
作
者：滕鸿飞
指导教师：杨震 教授
题
目：基于协作中继的认知无线电功率分配算法研究
III
南京邮电大学硕士研究生学位论文
Abstract
game algorithm suitable for CR system was proposed by improving the pricing function. The existence and uniqueness of the Nash equilibrium is proved too. The simulation results indicate that compared with several classical non-cooperative game algorithms the new algorithm not only reduces the transmission power efficiently and improves the user's income, but also shows a good convergence .Thus，it is suitable for CR system which has high demand of time-delay character. The second part is the research of cognitive radio hardware platform and the verification of theoretical results. The CR MAC layer communications union on hardware and software platform is designed and studied, the final test results show that the communications union works effectively, not only meets the needs of mobile station for multiple services, but also completes the performance indicators set initially. This paper lays a good foundation for the further research on cognitive radio. At the end, a summary is given and the future research directions are pointed out. Keywords: cognitive radio; cooperative communication; power control; non-cooperative game; spectrum sharing;
研究生签名：_____________ 日期：____________
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单位代码： 10293
密
级：
硕 士 学 位 论 文
论文题目： 基于协作中继的认知无线电功率
分配算法研究
学 姓 导 学 研 科 究 专 方
号 名 师 业 向
Y001090606 滕鸿飞 杨震 教授 信号与信息处理 无线通信与信号处理技术 工学硕士 2012 年 3 月
申请学位类别 论文提交日期
南京邮电大学学位论文原创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。
英文题目：Research on power control for cooperative communications based on cognitive radio system