인지무선(cognitive radio)기술은 특정 주파수에 대해 권한을 가진 주 사용자가 자신의 주파수를 사용하지 않을 때 생기는 유휴 대역을 특정 주파수에 대해 권한이 없는 부 사용자가 사용할 수 있도록 하는 기술이다. 본 논문에서는 인지무선 네트워크에 옥션 게임 이론을 적용시켜, 주파수 가격과 옥션 주기를 동시에 고려한 주 사용자의 이득을 최대화 할 수 있도록 하는 알고리즘을 제안한다. 부 사용자들이 제시한 주파수양의 비율에 따라 주 사용자의 주파수를 분배하는 옥션이 반복적으로 진행되면서 주 사용자는 최적의 주파수 가격을 찾게 되며, 찾아진 주파수 가격 정보와 본 논문에서 새로 제시한 주 사용자의 효용함수를 이용해 최적의 옥션 주기를 찾게 된다. 동시에 주 사용자는 찾아진 최적의 옥션 주기에 맞는 주파수 가격을 최종적으로 결정하게 된다.
This paper focuses on a distributed multiple spectrum pricing scheme to maximize system capacity in next generation multiaccess systems, where multimode user equipments (MUEs) can connect simultaneously to multiple base stations (BSs) with multiple radio access technologies (RATs). The multi-price based scheme provides a distributed decision making for an optimal solution where radio resource allocations are determined by each MUE, unlike most centralized mechanisms where BS controls the whole radio resource. By the proposed optimal solution, MUEs can decide their share of spectrum bands and power allocation according to the spectrum price of each RAT, and at the same time the multiaccess system can achieve maximized total throughput. Numerical analysis shows that the proposed scheme achieves the maximal capacity by distributed resource allocation for the multiaccess system.
본 논문은 모바일 광대역 서비스가 활성화되면서 나타나는 모바일 빅 데이터 트래픽의 발생이 모바일 광대역 서비스의 발전을 제약하지 않도록 이동통신 주파수 활성화를 위한 기술 및 경제적 환경 조건을 분석하고 활성화 방안을 제시한다. 새로운 이동통신 주파수의 활성화를 위해서는 투자의 비용과 수익의 균형이 이루어져야 한다. 모바일 빅 데이터 트래픽을 처리하기 위한 새로운 이동통신 주파수의 활성화는 기술과 경제적 요인 그리고 통신사업자 내부 요인과 외부 요인이 결합되어 있다. 투자비용은 내부 요인인 자본적 비용(Capital Expenditure), 운용비용(Operating Expenditure)과 외부요인인 주파수 할당 대가와 관련 있으며 수익은 내부요인인 요금제와 외부 요인인 망중립성 문제와 관련 있다. 새로운 이동통신 주파수의 활성화는 투자비용에 주파수 할당 대가를 포함하고 투자수익에 네트워크 증설이 가능한 요금제 운영과 외부 콘텐츠에 의한 트래픽 증가에 따른 수익이 포함되어 투자비용과 수익이 균형을 이루어야 한다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제6권12호
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pp.3133-3151
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2012
The optimal price strategy selection of two bounded rational cognitive mobile virtual network operators (MVNOs) in a duopoly spectrum sharing market is investigated. The bounded rational operators dynamically compete to sell the leased spectrum to secondary users in order to maximize their profits. Meanwhile, the secondary users' heterogeneous preferences to rate and price are taken into consideration. The evolutionary game theory (EGT) is employed to model the dynamic price strategy selection of the MVNOs taking into account the response of the secondary users. The behavior dynamics and the evolutionary stable strategy (ESS) of the operators are derived via replicated dynamics. Furthermore, a reward and punishment mechanism is developed to optimize the performance of the operators. Numerical results show that the proposed evolutionary algorithm is convergent to the ESS, and the incentive mechanism increases the profits of the operators. It may provide some insight about the optimal price strategy selection for MVNOs in the next generation cognitive wireless networks.
In this paper, we study the joint price and power allocation in spectrum sharing macro-femtocell networks. The proposed game theoretic framework is based on bi-level Stackelberg game where macro base station (MBS) works as a leader and underlaid femto base stations (FBSs) work as followers. MBS has fixed data rate and imposes interference price on FBSs for maintaining its data rate and earns revenue while FBSs jointly adjust their power for maximizing their data rates and utility functions. Since the interference from FBSs to macro user equipment is kept under a given threshold and FBSs compete against each other for power allocation, there is a need to determine a power allocation strategy which converges to Stackelberg equilibrium. We consider two cases for MBS power allocation, i.e., fixed and dynamic power. MBS can adjust its power in case of dynamic power allocation according to its minimum data rate requirement and number of FBSs willing to share the spectrum. For both cases we consider uniform and non-uniform pricing where MBS charges same price to all FBSs for uniform pricing and different price to each FBS for non-uniform pricing according to its induced interference. We obtain unique closed form solution for each case if the co-interference at FBSs is assumed fixed. And an iterative algorithm which converges rapidly is also proposed to take into account the effect of co-tier interference on interference price and power allocation strategy. The results are explained with numerical simulation examples which validate the effectiveness of our proposed solutions.
시장기반의 주파수정책이 도입되면서 주파수의 경제적 가치에 관심이 증가하고 있다. 특히 주파수의 할당대가, 주파수경매의 유보가격 및 입찰가격, 주파수 회수대가 등의 구체적 가격결정의 기반이 되는 주파수의 경제적 가치의 산정을 위한 방법론과 그 결정요인에 대한 연구와 실무적 적용이 활발히 전개되고 있다. 본 연구에서는 가치산정의 기본적인 방법론에 입각하여 주파수가치 산정방법론을 분석하여 가치산정에 영향을 미치는 변동요인들을 도출하고 개선된 적용방안을 제안하고자 한다. 주파수가치를 기술적 가치, 상업적 가치 전략적 가치로 구분하는 모형에서 추가적으로 고려하여야 할 변동요인과 그 변동요인의 적용방안을 제시한다.
The tremendous increase in mobile data traffic coupled with fierce competition in wireless industry brings about spectrum scarcity and bandwidth fragmentation. This inevitably results in asymmetric-valued long term evolution (LTE) spectrum allocation that stems from different timing for twice improvement in capacity between competing operators, given spectrum allocations today. This motivates us to study the economic effects of asymmetric-valued LTE spectrum allocation. In this paper, we formulate the interactions between operators and users as a hierarchical dynamic game framework, where two spiteful operators simultaneously make spectrum acquisition decisions in the upper-level first-price sealed-bid auction game, and dynamic pricing decisions in the lower-level differential game, taking into account user subscription dynamics. Using backward induction, we derive the equilibrium of the entire game under mild conditions. Through analytical and numerical results, we verify our studies by comparing the latest result of LTE spectrum auction in South Korea, which serves as the benchmark of asymmetric-valued LTE spectrum auction designs.
This study was aimed to derive implications in terms of competition to establish a reasonable spectrum policy for fifth-generation (5G) spectrum allocation through an in-depth analysis of C-band spectrum auctions. As a result of examining auctions in five countries, namely, Belgium, Sweden, Canada, Brazil, and Hong Kong, we identified various characteristics. First, the minimum bandwidth that is essential for service competition is guaranteed. Second, in Brazil, the network construction cost of mobile network operators is regarded as a part of the spectrum price. Third, a joint allocation of spectrum is permitted in Sweden, and spectrum sharing after allocation for 5G services is allowed in Canada. Finally, the reserved spectrum is provided for new service providers in Belgium and Canada. Our findings may provide insights for establishing policies of 5G spectrum allocation and competition in the telecommunications service market in Korea.
Singh, Hiran Kumar;Kumar, Dhananjay;Srilakshmi, R.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제9권1호
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pp.34-49
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2015
Market means of spectrum trading have been utilized as a vital method of spectrum sharing and access in future cognitive radio system. In this paper, we consider the spectrum trading with multiple primary carrier providers (PCP) leasing the spectrum to multiple secondary carrier providers (SCP) for a short period of time. Several factors including the price of the resource, duration of leasing, and the spectrum quality guides the proposed model. We formulate three trading policies based on the game theory for dynamic spectrum access in a LTE based cognitive radio system (CRS). In the first, we consider utility function based resource sharing (UFRS) without any knowledge of past transaction. In the second policy, each SCP deals with PCP using a non-cooperative resource sharing (NCRS) method which employs optimal strategy based on reinforcement learning. In variation of second policy, third policy adopts a Nash bargaining while incorporating a recommendation entity in resource sharing (RERS). The simulation results suggest overall increase in throughput while maintaining higher spectrum efficiency and fairness.
As wireless spectrum resources become more scarce while some portions of frequency bands suffer from low utilization, the design of cognitive radio (CR) has recently been urged, which allows opportunistic usage of licensed bands for secondary users without interference with primary users. Spectrum sensing is fundamental for a secondary user to find a specific available spectrum hole. Cooperative spectrum sensing is more accurate and more widely used since it obtains helpful reports from nodes in different locations. However, if some nodes are compromised and report false sensing data to the fusion center on purpose, the accuracy of decisions made by the fusion center can be heavily impaired. Weighted sequential probability ratio test (WSPRT), based on a credit evaluation system to restrict damage caused by malicious nodes, was proposed to address such a spectrum sensing data falsification (SSDF) attack at the price of introducing four times more sampling numbers. In this paper, we propose two new schemes, named enhanced weighted sequential probability ratio test (EWSPRT) and enhanced weighted sequential zero/one test (EWSZOT), which are robust against SSDF attack. By incorporating a new weight module and a new test module, both schemes have much less sampling numbers than WSPRT. Simulation results show that when holding comparable error rates, the numbers of EWSPRT and EWSZOT are 40% and 75% lower than WSPRT, respectively. We also provide theoretical analysis models to support the performance improvement estimates of the new schemes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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