基于干扰管理的功率速率联合控制博弈方法

摘要

本发明的目的在于提供一种认知无线电系统中基于干扰管理的功率速率联合控制博弈方法。针对已有的干扰温度模型在降低主用户受到的干扰方面的不足，该方法加强了主用户在干扰控制中的主观能动性。在次用户相互博弈，调整发射功率和传输速率，降低次用户之间干扰的同时，主用户对受到次用户的干扰进行监测，在保证不超过干扰门限的同时，设计了干扰惩罚因子，对其干扰越大的次用户受到的惩罚越大，进一步合理地分配次用户的发射功率，减少对主用户的干扰。

主权项

1.一种基于干扰管理的功率速率联合控制博弈方法，其特征在于该方法的具体步骤为：a、主用户效用函数定义为$U_p=\lambda \underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_i{g}_i-\frac{{(\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_i{g}_i-I^{\mathrm{tar}})}^2}{I_{\mathrm{th}}},$它由两部分组成：第一项是主用户效用部分的收益，表示主用户对所有次用户干扰的惩罚之和，N是次用户的个数，λ为主用户对次用户的干扰惩罚因子，g_i是次用户i到主用户基站BS_p的路径损耗因子，p_i是相应的次用户i的发射功率；第二项表示次用户的干扰给主用户带来的性能损失，为次用户对主用户的总干扰，I^tar为干扰的目标值，I_th是主用户定义的干扰门限，也是主用户可承受的干扰的最大值；i=1,2，……N；b、次用户的效用定义为$u_i^s=\frac{R_i\ln \left({\mathrm{k\gamma }}_i\right)}{p_i}-{\mathrm{cp}}_i-{\mathrm{b\lambda p}}_i{g}_i,$它由三项组成：第一项是次用户的净收益，定义为吞吐量R_iln(kγ_i)与发射功率p_i的比值，R_i是次用户i的传输速率，ln(kγ_i)是次用户i的帧成功接收概率,k是常数，γ_i是次用户的接收信干比，因此R_iln(kγ_i)是次用户经过一定误码之后的传输速率，设帧成功接收概率为p_c(0≤p_c≤1)，则是次用户的目标接收信干比，信干比${\gamma }_i(R_i,p_i)=\frac{W}{R_i}\frac{h_i{p}_i}{\underset{j=1,j\ne i}{\overset{N}{\Sigma }}{h}_j{p}_j+{\sigma }^2},\forall i=\mathrm{1,2},...,N,$其中W是共享的频谱带宽，h_i是次用户i至次用户基站BS_s的路径损耗因子，σ²是次用户网络功率分配的背景噪声；第二项为次用户系统针对次用户发射功率的增加进行相应的惩罚，由cp_i表示，其中c为常数；第三项bλp_ig_i是主用户对次用户i的干扰惩罚，其中b是常数，λ是干扰惩罚因子；c、确定干扰惩罚因子：当时，主用户的效用达到最大，即$\frac{{\partial U}_p}{\partial p_i}={\mathrm{\lambda g}}_i-2\frac{g_i(\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_i{g}_i-I^{\mathrm{tar}})}{I_{\mathrm{th}}}=0,$求解得到干扰惩罚因子$\lambda =2\frac{(\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_i{g}_i-I^{\mathrm{tar}})}{I_{\mathrm{th}}};$对于功率速率联合控制博弈方法，发射功率和传输速率的更新算法的具体实现过程如下：（1）设置次用户i发射功率与传输速率的初始值p_i(0)、R_i(0)；（2）根据主用户效用U_p最大来定义主用户对次用户干扰的惩罚因子；（3）运用博弈论，对每一个次用户i，寻找最佳的发射功率与传输速率{p_i^*,R_i^*}以实现次用户效用的最优；（4）如果发射功率满足精度要求，且次用户对主用户的干扰不超过干扰门限，则博弈达到稳定。