[发明专利]认知无线电技术中基于归一化博弈模型的功率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种特别用于认知无线电技术中发送端功率控制的实现方案，属于通信技术领域。

背景技术

众所周知，无线电频谱是一种宝贵的自然资源，一般由政府授权使用。早期定义的频谱资源分配方式是静态的，不同的通信系统只能在授权的专用频段上进行工作。随着无线通信技术的飞速发展，越来越多的无线设备被广泛使用，频谱资源逐渐变得稀缺，进而成为现代社会最受重视的不可再生资源。尤其随着近年来很多用户开始通过工作在非授权频段上的无线局域网(WLAN)、无线个人域网络(WPAN)等技术接入互联网，导致频谱资源变得越来越紧张。再加上目前的无线服务开始向多媒体综合业务的方向发展，更加需要较高的下载速率和较宽的频谱，而频谱的缺乏就成为高性能数据服务的严重阻碍。美国联邦通信委员会(FCC)对各频段的使用进行了大量的调查研究，发现在已授权频段内频谱的利用率却很低。主要表现在：在频率需求非常紧张的数百MHz-3GHz无线频带中，某些频带大部分时间内是空闲的，另有一些偶尔才被占用，而其它用于工业、科学、医疗和陆地移动通信部分的频段，竞争则显得相当激烈。显然，过去实行的静态频谱分配策略，随着通信技术的飞速发展已经成为了瓶颈。

因此，需要引入动态频谱接入技术将那些未被充分使用的频谱资源加以利用，实现频谱的动态分配，从而极大地提高频谱的利用率。为了能在各地区和各时间段内有效地利用空闲频段，人们提出了认知无线电技术，具有这种认知功能的无线通信设备，可以按照某种“伺机(Opportunistic Way)”的方式接入到通信业务很少的已授权的频段内。从而为解决频谱资源不足、实现频谱动态管理以及提高频谱利用率等问题，开创了崭新的局面。

认知无线电(CR：cognitive radio)的概念是由Joseph Mitola在1999年提出的，认知无线电，是指以软件无线电为扩展平台的一种新的智能无线通信技术。它可以感知到周围的无线环境特征，采用构建理解的方法进行学习，通过无线电知识描述语言与通信网络进行智能地交流，实时调整传输参数，使系统的无线发送与输入无线电激励的变化相适应，以达到无论何时何地通信系统的高可靠性和高效频谱利用率。

认知无线电技术的认知过程开始于无线电激励的感应，以做出反应的行为而中止。一个基本的认知无线电工作周期要经历3个基本过程：无线传输场景分析、信道状态估计及其容量预测、功率控制和频谱管理，它们顺序执行使CR系统的认知功能得以实现。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于博弈理论的认知无线电发送端功率控制的方法，该方法能解决多个CR用户发送端的功率竞争问题，实现系统资源的合理配置，并且，由于其归一化的效用函数在设计上简化了计算过程，达到了降低系统复杂度、缩短处理时延的目的。

技术方案：本方法的设计紧密结合国内外最新的研究动态与成果，通过博弈论(Game Theory)方法建立模型，应用于认知无线电技术的功率控制中。采用了理论分析、可行性论证和计算机仿真相结合的方法，从理论和仿真两个方面验证了所提出的方案。

在认知无线电通信系统中，要求功率控制能尽可能地扩大系统工作范围，并提高接收机的性能，进而促进无线资源更加合理地配置，在CR系统的发送端所进行的功率控制不仅要求能满足一定的信号覆盖范围，还将受到干扰温度和所能获得频谱数量等网络资源的限制。多用户的认知网络中，发送端一般以分布式的方式竞争功率资源，博弈论是目前解决该问题最有效的手段和方法之一。

博弈论又称对策论，主要用于研究决策主体在给定信息结构下如何决策以最大化自己的利益，以及不同决策主体之间决策的均衡问题。它利用严谨的数学模型来解决现实世界中决策主体之间相互作用时产生的利害冲突，以寻求能实现整体最优的最佳策略组合。对于分布式的无线通信系统，其内部存在着资源分配的竞争，而这些竞争之间又是相互影响的，如果系统最后可以运行到一个稳定状态，那么资源就能够实现合理的配置，在此基础上我们就能对系统性能做出评估，否则系统就无法正常运行。显然，博弈论非常适合解决这类问题。