異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于博弈論的聯(lián)合用戶功率和速率控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于博弈論的聯(lián)合用戶功率和速率控制方法。該方法通過利用博弈論進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，加入干擾共存分析相關(guān)知識，提出了一種適于在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的功率與速率控制博弈算法。該方法考慮到了用戶之間的公平性，算法在收益函數(shù)中引入了代價函數(shù)機(jī)制，不僅體現(xiàn)了不同用戶、不同系統(tǒng)之間的干擾性問題，還考慮了用戶之間傳輸速率和發(fā)射功率的公平性問題。本發(fā)明發(fā)射功率方面較高，同時在損失少量收益的情況下使得傳輸速率公平性方面得到了很大改善。
【專利說明】異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于博弈論的聯(lián)合用戶功率和速率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線資源管理技術(shù)，特別是涉及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于博弈論的聯(lián)合用戶功率和速率控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)今多系統(tǒng)共存的通信系統(tǒng)中，不同業(yè)務(wù)類型要求數(shù)據(jù)發(fā)送速率不同，需要有效的功率控制來減少發(fā)射功率、延長電池壽命。又由于干擾的存在，頻譜共享對于所有參與者的實際利益最大化行為和用戶之間的相互決策關(guān)系的分析具有現(xiàn)實意義。目前在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)相互間干擾共存的前提下，如何利用博弈論對用戶進(jìn)行合理的功率控制和速率分配，從而有效提高頻譜利用率的研究主要包括非合作功率控制博弈（Non-cooperative Powercontrol Game, NPG)算法，但該算法僅僅是單純的功率控制，即通常認(rèn)為用戶的傳輸速率為固定值，在這種情況下小區(qū)內(nèi)每個用戶都是“自私”的，即它們只會不斷的提高自己的發(fā)射功率來使自己的收益函數(shù)最大化。NPG模型沒有充分考慮到用戶之間的公平性，收益函數(shù)中也沒有體現(xiàn)其他用戶對于目標(biāo)用戶產(chǎn)生的干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出了一種在收益函數(shù)中引入代價函數(shù)機(jī)制的非合作聯(lián)合功率與速率控制博弈算法，提出了一種新的代價函數(shù)，引進(jìn)速率方面的代價函數(shù)機(jī)制，同時還考慮了系統(tǒng)間干擾的情況。改進(jìn)的算法通過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明，討論了該博弈模型納什均衡的存在性和唯一性，同時給出了算法的詳細(xì)實現(xiàn)流程，并通過仿真驗證了算法的有效性。
[0004]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0005]異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于博弈論的聯(lián)合用戶功率和速率控制方法包括如下步驟：
[0006]I)認(rèn)知用戶接入網(wǎng)絡(luò)；
[0007]2)探測是否存在空閑頻段；若存在，監(jiān)聽信道是否存在授權(quán)用戶的接入，不存在則返回步驟I :
[0008]3)若不存在授權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)，則重新監(jiān)聽；
[0009]4)對發(fā)射功率、傳輸速率、代價函數(shù)和收益函數(shù)進(jìn)行初始化，令k=0 ；
[0010]5)利用初始化發(fā)射功率、傳輸速率和代價函數(shù),計算信干噪比SINR和用戶收益函數(shù)；
[0011]6)將所得出的收益函數(shù)與上一步所得收益函數(shù)進(jìn)行對比，若當(dāng)前收益函數(shù)值較大，結(jié)束；若當(dāng)前收益函數(shù)值較小，繼續(xù)；
[0012]7)更新信干噪比和價格函數(shù)；
[0013]8)令 k=k+l;
[0014]9)進(jìn)入步驟5。
[0015]10)認(rèn)知用戶退出網(wǎng)絡(luò)
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明在收益函數(shù)中引入了代價函數(shù)機(jī)制，不僅解決了不同用戶、不同系統(tǒng)之間的干擾性問題，還兼顧了用戶之間傳輸速率和發(fā)射功率的公平性問題。本發(fā)明發(fā)射功率方面較高，同時在損失少量收益的情況下使得傳輸速率公平性方面得到了很大改善。
[0017]本發(fā)明的目的是為了提出一種適于在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的功率與速率控制博弈技術(shù)方案。該技術(shù)方案不僅考慮到了用戶之間的公平性，方案在收益函數(shù)中引入了代價函數(shù)機(jī)制，不僅體現(xiàn)了不同用戶、不同系統(tǒng)之間的干擾性問題，還考慮了用戶之間傳輸速率和發(fā)射功率的公平性問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖I:本發(fā)明控制方法流程圖；
[0019]圖2:隨著距離變化的距離用戶信干比的比較；
[0020]圖3:本發(fā)明與文獻(xiàn)算法發(fā)射功率的比較；
[0021]圖4:本發(fā)明與文獻(xiàn)算法傳輸速率的比較；
[0022]圖5:本發(fā)明與文獻(xiàn)算法收益函數(shù)的比較；
[0023]圖6:干擾共存情況下系統(tǒng)容量損失結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0024]如圖I所示為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于博弈論的聯(lián)合用戶功率和速率控制方法流程圖。該控制方法包括如下步驟：
[0025]I)認(rèn)知用戶接入網(wǎng)絡(luò)；
[0026]2)探測是否存在空閑頻段；若存在，監(jiān)聽信道是否存在授權(quán)用戶的接入，不存在則返回步驟I :
[0027]3)進(jìn)入下一步，若不存在授權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)，則重新監(jiān)聽；
[0028]4)初始化：k=0，在開始算法之前，對發(fā)射功率、傳輸速率、代價函數(shù)和收益函數(shù)進(jìn)行初始化；
[0029]5)計算收益函數(shù)：利用初始化發(fā)射功率、傳輸速率和代價函數(shù)，計算信干噪比SINR和用戶收益函數(shù)；
[0030]6)比較：將所得出的收益函數(shù)與上一步所得收益函數(shù)進(jìn)行對比，若當(dāng)前收益函數(shù)值較大，結(jié)束；若當(dāng)前收益函數(shù)值較小，繼續(xù)；
[0031]7)更新：更新信干噪比和價格函數(shù)；
[0032]8)k=k+l ；
[0033]9)進(jìn)入步驟5。
[0034]10)認(rèn)知用戶退出網(wǎng)絡(luò)。
[0035]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案詳細(xì)說明。本文所研究的模型是一個由FDD與TDD共存的無線通信系統(tǒng)，被干擾系統(tǒng)FDD系統(tǒng)中共有K個小區(qū)，N個用戶，干擾系統(tǒng)TDD系統(tǒng)中共有Kt個小區(qū)，Nt個用戶。第j個小區(qū)中第i個用戶的信干比表達(dá)式為：
[0036]
【權(quán)利要求】
1.異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于博弈論的聯(lián)合用戶功率和速率控制方法，其特征在于，該控制方法包括如下步驟： .1)認(rèn)知用戶接入網(wǎng)絡(luò)；.2)探測是否存在空閑頻段；若存在，監(jiān)聽信道是否存在授權(quán)用戶的接入，不存在則返回步驟I : .3)若不存在授權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)，則重新監(jiān)聽； . 4)對發(fā)射功率、傳輸速率、代價函數(shù)和收益函數(shù)進(jìn)行初始化，令k=0； . 5)利用初始化發(fā)射功率、傳輸速率和代價函數(shù)，計算信干噪比SINR和用戶收益函數(shù)； .6)將所得出的收益函數(shù)與上一步所得收益函數(shù)進(jìn)行對比，若當(dāng)前收益函數(shù)值較大，結(jié)束；若當(dāng)前收益函數(shù)值較小，繼續(xù)； .7)更新信干噪比和價格函數(shù)； . 8)令k=k+l ； . 9)進(jìn)入步驟5； .10)認(rèn)知用戶退出網(wǎng)絡(luò)。
【文檔編號】H04W16/14GK103702406SQ201310745430
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】趙軍輝, 王嬌, 張 浩, 劉旭 申請人:北京交通大學(xué)