认知无线电以及认知动力系统模拟了人脑的不同方面，随着认知计算、物联网、人工智能的飞速发展，认知无线电领域正呈指数速度增长。本书介绍了认知无线电的通信理论基础，作者在博弈论、变分不等式和预测动态系统等方面提供了完整的数学背景，然后深入研究认知无线电网络中的资源分配，从信息论、优化、控制理论等方面对认知无线电网络的动力学进行了研究。还通过细胞和认知无线电网络的整合，描述了未来无线通信的发展方向。

无

本书超越传统观念，以一种崭新的视角对认知无线电网络进行分析。认知无线电为解决频谱资源稀缺这个实际问题奠定了基础。无线技术的不断发展导致对更大频谱带宽的需求日益增长，进而引发了频谱资源稀缺的问题。电磁频谱的低效利用进一步加剧了频谱资源稀缺的问题。认知无线电这个新设想是对未被充分利用的子频段的二次利用。这意味着传统无线世界和认知无线世界的并存。频谱空洞(即未被使用的子频段)是二者动态交互的媒介。主用户释放部分子频段允许认知无线电用户接入，用以维持认知无线电用户的正常通信并完成他们的正常任务。两个无线世界的结合可看作是一个频谱供应链网络。其中，频谱资源所有者及其客户(主用户)扮演供应商的角色，认知无线电用户(次用户)扮演消费者的角色。本书讨论了基于开放获取和市场驱动这两类机制的频谱供应链网络。它们优势互补，各有适用场景。本书在构建了认知无线电收发器的基本模块后，建立了这两类网络的分析模型，为均衡和瞬态行为分析铺平了道路。
为了提高频谱供应链网络的效率和可持续性，本书设计了一个人工经济模型。该模型将授权频段看作私人物品，将免授权频段看作公共池塘资源。该模型解决了在授权频段和免授权频段之间共享频谱的问题。其目标是通过达到林达尔均衡来实现帕累托最优。该模型促进了两个无线世界的融合，为认知无线电的商业化铺平了道路。
本书基于先进的频谱供应链模型，抓住了异构网络多层次的本质，提出了一种针对异构网络(HetNet)的经济模型。HetNet给出了一种通过频谱空时（spacetime）再利用来提高频谱利用率的方法，这种模式将是5G的核心要素。本书提出的经济模型是建立在对频谱和网络基础设施解耦的基础之上的。在该模型中，资源（无论是频谱、基础设施，还是二者兼而有之）共享的问题可表示成网络在不同层次上的横向合并。该模型可以用来解决各种各样的问题，如绿色通信、频谱利用率、泛在网络及服务等。

Peyman Setoodeh 和 Simon Haykin
于加拿大安大略省汉密尔顿
2016年9月

无线通信

5G时代即将来临，随着无线技术的不断发展以及无线业务的不断丰富，人们对频谱资源的需求也日益增长，这引发了频谱资源稀缺的问题，而认知无线电为解决这个问题奠定了基础。
本书结合经济学、管理学、博弈论等多个学科的思想，以一种全新的视角对认知无线电网络进行分析，开拓了新的研究思路，对于该领域的科研人员、管理机构和网络运营商都具有很高的参考价值。
本书特点
将传统无线世界和认知无线世界的结合看作一个频谱供应链网络，建立了开放获取机制和市场驱动机制下的网络模型，用以分析网络的均衡和非均衡行为。
将认知无线电活动类比为经济活动，设计了一个人工经济模型，引入频谱经纪人的概念，解决了授权频段和免授权频段之间的频谱共享问题，通过达到林达尔均衡来实现帕累托最优，为认知无线电的商业化铺平了道路。
在对频谱和网络基础设施解耦的基础之上，提出了一种针对异构网络的经济模型，重点讨论了资源共享的经济供给，这将成为5G的核心要素。
作者简介
佩曼·赛图德（Peyman Setoodeh） 伊朗Shiraz大学电子与计算机工程系教授。他的研究兴趣包括认知计算、量子控制、机器学习、复杂网络和博弈论。
西蒙·赫金（Simon Haykin） 加拿大McMaster大学教授，IEEE会士，加拿大皇家学会会士。他的研究兴趣包括非线性动力学、神经网络和自适应滤波器以及它们在雷达和通信系统中的应用。

[伊朗]佩曼·赛图德（Peyman Setoodeh） [加拿大]西蒙·赫金（Simon Haykin） 著：佩曼·赛图德(Peyman Setoodeh) 伊朗Shiraz大学电子与计算机工程系教授。他的研究兴趣包括认知计算、量子控制、机器学习、复杂网络和博弈论。
西蒙·赫金(Simon Haykin) 加拿大McMaster大学教授，IEEE会士，加拿大皇家学会会士。他的研究兴趣包括非线性动力学、神经网络和自适应滤波器以及它们在雷达和通信系统中的应用。

本书结合了经济学、管理学、博弈论等多学科的思想，以一个全新的视角对认知无线电进行深入分析和研究，得出了很多极具启发意义的结论。
随着无线技术的不断发展，以及无线业务的不断丰富，人们对频谱资源的需求日益增长，从而造成了频谱资源稀缺的问题。然而，国内外无线电频谱监测和评估结果显示，很多传输条件较好的黄金频段的频谱利用率非常低，如果能够充分利用这些频段，将会极大地缓解频谱资源稀缺的问题。认知无线电是解决该问题的一种重要途径。
本书将认知无线电收发器分解为无线电场景分析器、动态频谱管理器和发射功率控制器三个组成模块，并基于博弈论提出了不同模块的设计方法。对于认知无线电网络，本书将其作为频谱供应链网络进行分析，建立了开放获取机制和市场驱动机制下的频谱供应链网络模型。本书还引入了频谱经纪人的概念，将认知无线电活动类比为经济活动，探讨了认知无线电网络的商业化模式，这对频谱资源管理机构和拥有频谱资源的网络运营商来说，极具借鉴意义。本书在将频谱与基础设施进行解耦的基础上，提出了研究异构网络的新方法。
总而言之，本书为人们研究和应用认知无线电技术开拓了新思路，极具参考价值。

王莹
2018年11月

出版者的话
译者序
前言
致谢
缩略语
第1章　引言1
　1.1　第四次工业革命1
　1.2　认知无线电5
　1.3　频谱未被充分利用的问题8
　1.4　全国范围内的频谱利用率测量10
　1.5　为什么对认知无线电网络感兴趣11
　1.6　定向信息流12
　1.7　认知无线电网络15
　1.8　数学工具箱19
　　1.8.1　博弈论19
　　1.8.2　控制理论21
　　1.8.3　存在不确定性因素的最优化22
　1.9　认知无线电网络中不确定性的主要来源23
　1.10　可信度26
　1.11　本书结构26
第2章　博弈论29
　2.1　博弈论术语29
　　2.1.1　非合作博弈与合作博弈30
　　2.1.2　静态博弈与动态博弈30
　　2.1.3　一次性博弈与重复博弈30
　　2.1.4　完全信息博弈与不完全信息博弈30
　　2.1.5　完美信息博弈与不完美信息博弈31
　2.2　非合作博弈32
　　2.2.1　纳什均衡32
　　2.2.2　变分不等式32
　2.3　合作博弈33
　2.4　少数者博弈34
　2.5　小结35
第3章　认知无线电收发器…37
　3.1　频谱感知37
　　3.1.1　可靠频谱感知的属性39
　　3.1.2　多窗口法40
　　3.1.3　空时处理45
　　3.1.4　时频分析50
　　3.1.5　循环平稳性：傅里叶观点60
　　3.1.6　瑞利衰落信道65
　　3.1.7　非参数谱感知小结…67
　　3.1.8　多窗口法的滤波器组实现69
　　3.1.9　合作频谱感知69
　3.2　动态频谱管理71
　　3.2.1　Tsigankov-Koulakov模型72
　　3.2.2　自组织动态频谱管理74
　　3.2.3　基于少数者博弈的动态频谱管理84
　　3.2.4　自组织映射与少数者博弈86
　3.3　发射功率控制87
　　3.3.1　用注水原理阐释信息容量定理92
　　3.3.2　迭代注水算法（IWFA）94
　　3.3.3　将IWFA描述为在系统不确定性条件下的多级优化问题…97
　　3.3.4　鲁棒IWFA98
　　3.3.5　实现鲁棒性的代价…99
　　3.3.6　鲁棒IWFA与经典IWFA100
　3.4　信息价值110
　3.5　小结111
第4章　认知无线电网络112
　4.1　将认知无线电网络看作频谱供应链网络112
　4.2　开放获取式认知无线电网络118
　　4.2.1　网络动态性121
　　4.2.2　将认知无线电网络看作混合动态系统130
　　4.2.3　存在不确定性和时间延迟的网络的稳定性131
　　4.2.4　认知无线电网络的双层动态性137
　4.3　市场驱动式认知无线电网络144
　　4.3.1　频谱资源所有者146
　　4.3.2　频谱经纪人148
　　4.3.3　次用户149
　　4.3.4　频谱供应链网络的均衡150
　　4.3.5　网络的动态性152
　　4.3.6　网络的稳定性152
　　4.3.7　频谱供应链网络的传输网络表达形式153
　4.4　供应链的效率155
　4.5　小结157
　　4.5.1　认知无线电网络的两种机制157
　　4.5.2　供应链网络160
　　4.5.3　认知无线电的商业化161
　　4.5.4　认知在认知无线电网络中的作用162
第5章　频谱供应链网络的可持续性165
　5.1　免授权频段类似公共物品165
　5.2　频谱供应链网络类似一种人工经济167
　5.3　以达到林达尔均衡为目标170
　5.4　小结173
第6章　认知异构网络174
　6.1　异构网络174
　6.2　频谱供应链网络的横向合并177
　　6.2.1　合并前的状态180
　　6.2.2　频谱共享181
　　6.2.3　基础设施共享182
　　6.2.4　频谱和基础设施共享182
　6.3　横向合并的协同测量183
　6.4　小结183
附录A　开放获取机制下的认知无线电网络的数学模型185
附录B　定理证明196
参考文献210