基于博弈论的铁路认知频谱共享研究

发布时间：2023-09-16 18:52

　　随着铁路数字化、信息化、智能化建设的向前推进,无线通信业务需求不断拓展,并呈现出多媒体化、宽带化的发展趋势。然而,无论是现有的GSM-R还是即将布建的下一代铁路移动通信系统LTE-R,都面临无线电频谱资源短缺的难题,这将大大限制系统的承载能力,使得铁路无线通信需求无法得到充分满足。市场驱动的认知无线电频谱共享模式为化解频谱短缺难题提供了一个可行思路:铁路无线通信网络租借使用其他无线电网络(系统)暂时空闲的频谱资源,以弥补授权频谱数量上的不足。频谱共享中通常存在多个主/次用户,并且同类用户间往往是竞争关系,而博弈论正是建模分析此类竞争关系的最有效数学工具。本文基于博弈论研究了铁路无线通信中的市场驱动的认知无线电频谱共享问题,主要工作和创新点如下:(1)分析总结出了认知无线电在铁路通信中应用的两个主要阻碍:(1)列车的高移动性导致时变非平稳的信道特性和严重的多普勒频移,使得频谱感知性能下降甚至不可用;(2)在“伺机利用频谱空穴”的一般频谱共享模式下,次用户对主用户的干扰通常难以完全避免,加之频谱资源重要而且稀缺,主用户往往缺乏共享频谱的意愿。指出了能够跨过以上两个阻碍的可行方案,即市场驱动...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 认知无线电(CR)概述
        1.2.1 CR的概念和能力
        1.2.2 CR网络的模式和关键技术
    1.3 铁路移动通信系统及其演进
        1.3.1 GSM-R向 LTE-R的演进
        1.3.2 铁路无线通信面临的挑战
    1.4 CR在铁路通信领域的应用研究
        1.4.1 国内外研究现状
        1.4.2 本文的研究考量
    1.5 论文主要内容及结构安排
    1.6 本章小结
2 认知无线电频谱共享及博弈论基础
    2.1 认知无线电频谱共享分类
    2.2 认知无线电频谱共享模型
    2.3 博弈论的起源与发展
    2.4 博弈论的基本知识
        2.4.1 博弈的基本要素
        2.4.2 博弈的分类
    2.5 纳什均衡(NE)
        2.5.1 NE的定义
        2.5.2 NE的存在性定理
        2.5.3 NE的求解方法
    2.6 古诺博弈与伯川德博弈模型
        2.6.1 古诺(Cournot)博弈模型
        2.6.2 伯川德(Bertrand)博弈模型
    2.7 本章小结
3 基于认可度的主网络博弈频谱共享算法
    3.1 系统模型
    3.2 静态博弈算法设计
        3.2.1 传统的次网络效用函数
        3.2.2 改进的次网络效用函数
        3.2.3 主网络的利润函数
        3.2.4 NE的求解
    3.3 NE存在性的数学证明
    3.4 频谱租赁框架及认可度更新机制
    3.5 动态博弈算法及其稳定性
        3.5.1 动态博弈算法设计
        3.5.2 稳定性分析
    3.6 仿真实验与分析
    3.7 本章小结
4 基于优先级的次用户博弈频谱共享算法
    4.1 系统模型
    4.2 静态博弈算法设计
        4.2.1 主网络的频谱定价
        4.2.2 次用户的优先级划分
        4.2.3 次用户的静态博弈
    4.3 动态博弈算法设计
    4.4 动态博弈算法的稳定性分析
    4.5 仿真实验与分析
    4.6 本章小结
5 总结与展望
    5.1 论文研究工作总结
    5.2 未来研究工作展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果



本文编号：3847005