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中国科技论文在线
认知无线电中基于博弈论的动态频谱共享
算法
詹德睿，沈树群
**
作者简介：詹德睿，(1988-)，男，硕士研究生，主要研究方向：认知无线电。
通信联系人：沈树群，男，博士生导师，主要研究方向:无线及红外信号自动识别、网络数据安全、智能交
通运。E-mail: shenshuqun@126.com
（北京邮电大学电子工程学院，北京 100876） 5
摘要：利用博弈论分析了认知无线电网络中动态频谱分配问题，构建了基于博弈论的认知无
线电频谱分配问题模型，提出了基于博弈论的非合作式频谱分配算法，并得到了相应博弈过
程的纳什均衡。以主用户的收益最大化为目标，提出了以 QoS 来衡量主用户收益的效用函
数。新的效用函数最在纳什均衡解。仿真结果表明，该算法能在较短的时间内收敛到稳定状
态。 10
关键词：认知无线电；频谱分配；非合作博弈；动态博弈；纳什均衡；QoS 服务质量
中图分类号：TN014
Dynamic Spectrum Sharing Game in Cognitive Radio
Systems
15
Zhan Derui, Shen Shuqun
(Electronic engineering School, Beijing university of posts and telecommunications,
Beijing 100876)
Abstract: Use the game theory analysis of the cognitive radio network dynamic spectrum
allocation problem, and constructs the game theory based on the cognitive radio spectrum 20
allocation problem model, is proposed based on game theory non-cooperative type spectrum
allocation algorithm, and obtained the corresponding game process of Nash equilibrium. To
master the user's maximum profit as the goal, put forward QoS to measure the main user gains
utility function. The new utility function is most in the Nash equilibrium. The simulation results
show that the proposed algorithm can in a relatively short time converge to a stable state.
25
Keywords: radio cognitive; spectrum allocation; non-cooperation game; dynamic game; Nash
equilibrium; quality of service
0 引言
随着无线通信需求的不断增长，频谱资源匮乏的问题日益严重。研究表明，目前的固定30
频谱分配方式导致资源平均利用率低下，且极不平衡。由文献
[1~3]
可知，认知无线电系统是
一个智能的无线通信系统，具有在不影响其他授权用户的前提下智能地利用大量空闲频谱并
随时随地、高可靠性地提高通信能力。因此研究认知无线电环境下的动态频谱分配技术尤为
重要。认知无线电频谱分配中很多关键的技术都涉及到策略的选择问题。博弈论的最大特点
是能够为相应的博弈过程找到纳什均衡点，而纳什均衡点也正是策略的最优点
[4]
。因此，将35
博弈论引入认知无线电技术的研究已经引起了越来越多的关注。文献
[5]
提出了一种基于囚徒
困境的博弈模型，用来分析认知无线电用户在竞争频谱时的共享问题；文献
[6]
将基于博弈论
的动态频谱分配算法与功率控制技术相结合，提高系统稳定状态时的性能和频谱利用的效
率。在认知无线电网络中动态频谱分享能增强无线资源的利用率。但是，也是一个大挑战，
因为授权用户和非授权用户在很宽的频带中“和平”共存。在本文中，我提出了一种基于博40
弈论的模型来解决这种动态频谱共享。我们考虑有一个主用户（授权用户）和多个次级用户
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