基于博弈论的协作中继网络竞争资源共享

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近几十年来,协作通信技术在无线通信领域中得到了广泛的应用。从本质上来讲,协作通信可以被看作一种广义的MIMO概念,它是通过构成虚拟的天线阵列从而使终端用户获得空间分集的协作技术。自协作通信的概念提出以来,中继协作方案就一直是研究的热点,它包括中继节点的选取、协作的时机和协作协议的选取等问题。本文所作的工作如下:  首先考虑了协作传输网络中一个中继和多个用户节点间的带宽分配问题。我们把这个问题作为一个卖方的市场竞争问题来阐述,并使用非协作博弈论来联合考虑中继和用户的收益。同时提出一种分布式的算法和全局优化算法来寻求纳什均衡,即博弈的解决方法,而且对所提算法的收敛性进行了分析。仿真结果证明提出的博弈能够激励自私的用户节点间的合作分集并有效地协调用户节点间的资源分配。本文基于放大转发(AF)和译码转发(DF)两种协议研究了几种不同的中继选择方案。分析认为放大转发(AF)和译码转发(DF)两种协议相对来说既简单又易于实现,且译码转发(DF)相比于放大转发(AF)有降低中继处加性噪声的优势。为了验证译码转发(DF)能够更好地改善系统的性能,对两种方式分别进行了理论误码率和实际误码率的仿真。仿真结果表明,DF协作模式比AF协作模式具有较低的误码率,且用户在DF协议下可以获得更高的收益。  其次,加入信道误差的中继系统的带宽分配问题。由于实际系统得到的信道信息不可能非常精确,加上节点都具有自私性,这就给带宽分配带来了困难。因此,本文对信道估计误差展开建模,进而推导出存在信道估计误差情况下的非协作系统与放大转发协作系统的信噪比表达式。接着为有效解决节点自私的问题,将博奕论引进带宽分配中,建立以用户收益之和最大化作为目标的系统收益函数。最后使用分布式算法找出最佳带宽分配方案,实现系统收益最大化目标。  仿真给出不同信道估计误差下用户一的最佳带宽购买量、带宽的价格和用户总收益。结果显示,信道估计误差对用户的最佳带宽购买量、带宽的价格和用户总收益的影响都比较显著;所提出的带宽分配算法具有有效性,和非协作系统比较,放大转发协作系统显著提高了系统的吞吐量。
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