[发明专利]认知网络中基于合作博弈的分布式功率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及频谱资源管理技术领域，具体是一种认知网络中基于合作博弈的分布式功率控制方法。

背景技术

功率控制是认知无线电系统实现频谱资源共享的关键技术，为了保证次用户接入主用户的授权频段时的干扰不影响主用户的正常通信，需要对认知网络中次用户的功率进行适当的控制，而认知网络中次用户之间的频谱利用率和对于主用户的保护都依赖于功率控制方法的性能。

传统的认知网络中功率控制方法一般以最大化整个网络的和速率或最大化最小次用户的速率为目标，该方法需要知道整个认知网络的所有链路的信道信息，通过中心式的方法求解。而在认知网络中次用户之间不一定具有中心的网络节点来进行联合处理各个次用户的信息和协调不同的次用户对于主用户的干扰。因此,对于一般的没有中心节点的认知网络需要各个次用户通过自身单独决策来分布式的控制对于主用户网络的干扰水平，同时尽量使得频谱在次用户间可以高效的利用。

传统的认知网络中的分布式功率控制方法是基于代价的方法,其主要步骤为：

（1）主用户基于自身通信需求设定干扰门限T和干扰代价。

（2）各次用户测量自身的链路增益和到主用户接收端的链路增益，同时测量背景噪声。

（3）考虑到干扰门限T，各次用户最大化自己的速率与对于主用户的线性干扰功率的差值。

（4）对于固定的干扰代价，各次用户分布式执行（3），直到次用户的功率收敛。

（5）如果此时次用户对于主用户的总干扰功率小于干扰门限T，功率控制结束；否则，增加各次用户干扰代价因子，直到所有次用户对于主用户的总干扰小于门限T。

认知网络中基于代价的分布式功率控制方法的信令开销小、不需要次用户之间相互的干扰链路的信道信息，易于实现等优点使其成为认知无线电中最广泛的一种分布式功率控制方法。但是，该方法由于次用户之间只考虑了最大化自己的效用和对于主用户的十扰，没有考虑次用户自身进行功率控制对于其余次用户的十扰影响，因此不能保证收敛到基于合作博弈的功率控制的最优解，并不能高效利用频谱，同时收敛的结果不能保证次用户间基于合作博弈下的公平性，即当某一个次用户对于主用户的十扰较小时，其将分配较多的功率，使其余次用户分配的功率较少。

另外一种功率控制方法是最大化整个认知网络中的最小用户的速率，该方法使得所有次用户的速率相同，从而保证了次用户之间的严格公平性；但由于该方法的速率主要受到信道最差的次用户限制，因此该方法使得整个认知网络的和速率较小，在获得次用户之间公平性的同时，较大的牺牲了整个认知网络的吞吐量。

发明内容

本发明针对现有的基于代价的分布式功率控制方法导致的次用户问的公平性较小和系统吞吐量不高，提供了一种认知网络中基于合作博弈的分布式功率控制方法。本发明能够使得次用户在只知道自己的发送端和接收端之间链路的信道信息和对于主用户十扰链路的信道信息的情况下，通过分布式的功率控制方法来实现最大化认知网络整体的信噪比乘积，该方法可以收敛到中心式方法得到的最优解，而且比传统基于代价的分布式功率控制方法更高的吞吐量和公平性。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种认知网络中基于合作博弈的分布式功率控制方法，包括如下具体步骤：

第一步，主用户根据自身服务质量，设定十扰容许门限T，广播价格因子λ(t)；

第二步，次用户接收到主用户广播的价格因子后，各个次用户j∈{1，…，n}测量自身接收端处的总的十扰和噪声：然后将价格因子广播给其余的次用户，当所有的价格因子广播完毕，各次用户更新自身的功率；

第三步，主用户更新自身价格因子，并基于次用户的十扰调整价格因子：其中a为更新步长，c(t)为主用户在时刻t的价格因子，T为十扰门限，h_j0为次用户j到主用户的信道增益，p_j(t)为次用户j的功率；

第四步，重复第二步、第三步，直到次用户的功率收敛，功率控制停止。