认知无线网络基于博弈理论频谱定价研究.pdfVIP

第二部分信息传输技术 认知无线网络基于博弈理论的频谱定价研究 杨小龙“2，谭学治1’2 (1．哈尔滨工业大学通信技术研究所，黑龙江哈尔滨150080； 2．通信网信息传输与分发技术重点实验室，河北石家庄050081) 摘要根据认知无线网络的通信特点，针对授权用户频谱定价的问题，提出一种基于Be栅ld静态博弈理论的频谱定价 算法。该算法与之前的频谱定价算法相比。综合考虑授权用户出让频谱期间所受干扰和自身新的频谱需求，设计了新的授权用 户的效用函数，最后利用Bcn瑚d静态博弈理论获得授权用户纳什均衡定价策略。理论分析与仿真结果表明，该算法获得了授 权用户稳定的定价策略，从而极大地提高了频谱利用率。 关键词认知无线网络：频谱定价；静态博弈理论：频谱利用率 0引言 在认知无线电通信系统中，认知用户通过频谱检测获取授权频谱信息，从而使用处于空闲状态的信道。 但是，频谱检测不可避免地存在错误概率，这会对授权用户造成影响。并且，认知用户的发射功率也会降低 授权用户通信质量。所以，认知用户在使用授权频段的同时，对授权用户进行一定的经济补偿，这是推动认 知无线电发展的非常有价值的思路。因此，制定一个切实可行授权用户频谱定价策略极为重要。根据授权用 户与认知用户在认知系统中的关系，引用差异化寡头市场经济理论，能够很好地解决授权用户频谱定价问题。 在目前的方法中，主要存在两个问题：算法复杂度过高和授权用户效益函数设计过于理想化。利用动态博弈 理论和遗传进化理论解决授权用户频谱定价问题，能够实时动态调整授权用户频谱价格，但算法复杂度过高， 很难用于实际情况。对于授权用户效益函数，目前算法仅仅考虑带宽减少对授权用户的影响，而忽略授权用 户本身新的频谱需求以及认知用户使用频谱对授权用户造成的干扰。 提出一种基于Bertrand静态博弈理论的频谱定价算法。该算法能够解决现有的频谱定价方法未考虑授权 用户所受干扰以及授权出让频谱期间自身新的频谱需求的问题，在差异化多寡头市场模型下，利用剩余价值 理论推导出认知用户的效用函数，从而获得认知用户的需求函数。然后在此基础上，综合考虑授权用户出让 频谱期间所受干扰和自身新的频谱需求，设计一种新的授权用户的效用函数。最后利用Bertrand静态博弈理 论获得授权用户纳什均衡定价策略。该算法克服了目前方法存在模型过于理想，考虑因素过于简单，运算较 为复杂，很难运用于实际的问题。本文提出的算法充分利用市场经济规律，逼近真实频谱交易场景，最大化 频谱利用率。 l系统模型 在认知无线电系统中，如图l所示，假设整个系统为 差异化多寡头市场模型，存在Ⅳ个寡头，即授权用户，Ⅳ 个消费者即认知用户，n为授权用户j的所制定的频谱价 格，玑为出售的频谱数量，即频谱的带宽。假设认知用户 需求函数为线性，则认知用户对授权用户-，的频谱需求函 数可以表示为： 乃=aJ—TJ．I吼一TJj口2…一TJJ口，一T，．Ⅳ口Ⅳ。(1) 式(1)中，a，：log：(1+Ⅳ．鲫，)表示授权用户频谱效率； 膏为频谱间隙；册，为信噪比；T¨(一lsYⅣs1)为授权用户 之间频谱替代，当％：1表示授权用户频谱之间可以完全 图1基于授权用户定价策略的系统模型 基金项目：通信网信息传输与分发技术重点实验室开放课题(ITD_Ulo006) “第二十八届全国通信与信息技术学术年会”论文集 取代，当‰：D表示频谱之间互不相关，互不影响，当T川；一1表示授权用户频谱相互依赖，互为补充。从而可 以获得认知用户的需求矩阵： P：旺一T．Q， (2) 谱效率向量；Q：(岛嚷…々，…钰，为授权用户出售带宽向量；不同授权用户频谱之间的替代因子矩阵可以 表示为： ％ylj…T-．，…YI．… 丫tl 丫2工 …7“…72一