محمد بیگدلی

یکی از راههای مهم افزایش بازدهی طیف رادیویی، تسهیم طیف از طریق تجارت طیف بین شبکه‌های اولیه و شبکه‌های ثانویه است. در این راستا، در این پایان نامه، دو هدف مورد نظر قرار می‌گیرد: هدف اول بیشینه سازی سود شبکه‌های اولیه و ثانویه با استفاده از تئوری بازی است، و هدف دوم بیشینه‌سازی گذردهی هر یک از شبکه‌های ثانویه با استفاده از تسهیم طیف خریداری شده بین کاربران این شبکه‌های ثانویه می‌باشد. برای تامین هدف اول پایان نامه، دو الگوریتم تسهیم طیف مشارکتی از طریق تجارت طیف بین شبکه‌های اولیه و ثانویه پیشنهاد می‌شود. این دو الگوریتم مبتنی بر بازی کورنو می‌باشند. الگوریتم اول تجارت طیف را بین چندین شبکه اولیه و فقط یک شبکه ثانویه در نظر می‌گیرد. این الگوریتم به یکی از دو صورت متمرکز (به کمک کارگزار طیف) یا توزیع شده انجام می‌شود و سود کل شبکه‌های اولیه را بیشینه می‌نماید. این بیشینه‌سازی سود، بر اساس میزان تسهیم طیف شبکه‌های اولیه صورت می‌گیرد. الگوریتم دوم تجارت طیف را بین یک شبکه اولیه و چندین شبکه ثانویه در نظر می‌گیرد. این الگوریتم نیز به یکی از دو صورت متمرکز یا توزیع شده انجام می‌شود و سود کل شبکه‌های ثانویه را بیشینه می‌نماید. این بیشینه‌سازی سود‏، بر اساس میزان تقاضای طیفی شبکه‌های ثانویه صورت می‌پذیرد. قبلاً بازی مشارکتی برای چنین حالتی ارائه نشده است.  برای تامین هدف دوم پایان نامه (بیشینه‌سازی گذردهی شبکه ثانویه)، دو الگوریتم انتخاب کاربر ثانویه پیشنهاد می‌شود. این انتخاب طوری صورت می‌گیرد که گذردهی هر یک از شبکه‌های ثانویه بیشینه گردد. در این دو الگوریتم، کاربران ثانویه از OFDM جهت ارسال سیگنال‌های خود استفاده می‌کنند. الگوریتم اول انتخاب کاربر ثانویه، ابتدا تعداد زیرکانال‌های مورد نیاز هر کاربر ثانویه را محاسبه کرده و سپس با هدف بیشینه‌سازی گذردهی کل شبکه‌ ثانویه به انتخاب کاربر ثانویه می‌پردازد. جهت سادگی، این الگوریتم محاسبات تلفات مسیر و تداخل را در یک فرکانس حامل پایه انجام می‌دهد، که موجب زیربهینگی الگوریتم می‌گردد. پیچیدگی این الگوریتم از مرتبه N (تعداد کاربران ثانویه) در M (تعداد زیرکانال‌های خریداری شده) است. الگوریتم دوم انتخاب کاربر ثانویه، محاسبات را در فرکانس‌های حامل تخصیص داده شده انجام می‌دهد و از این رو یک الگوریتم بهینه است. پیچیدگی این الگوریتم در بدترین حالت بصورت نمایی با N تغییر می‌کند، اگرچه به دلیل استفاده از ‎''‎انشعاب و تحدید‎"‎ در این الگوریتم‏، پیچیدگی کاهش می‌یابد. تعادل برخورد و ناحیه پایداری برای هر دو الگوریتم پیشنهادی تجارت طیف به کمک تحلیل ریاضی ارائه می‌شود. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که الگوریتم اول تجارت طیف نسبت به الگوریتم گذشته‏، بطور متوسط 18/27% سود کل شبکه‌های اولیه را افزایش می‌دهد. علاوه بر این‏، الگوریتم دوم تجارت طیف نسبت به الگوریتم گذشته‏، بطور متوسط 21/40% سود کل شبکه‌های ثانویه را افزایش می‌دهد. نتایج شبیه‌سازی همچنین نشان می‌دهد که الگوریتم اول و دوم انتخاب کاربر ثانویه نسبت به الگوریتم گذشته‏، به ترتیب بطور متوسط 44/32% و 09/38% گذردهی شبکه ثانویه را افزایش می‌دهند.