[发明专利]基于斯坦科尔伯格博弈的D2D功率控制及干扰管理方法

说明书

技术领域

本发明属于无线异构网络通信技术领域，涉及一种功率控制及跨层干扰管理方法，更为具体地说，是涉及一种部署D2D通信的异构网络中基于斯坦科尔伯格博弈的功率控制及干扰管理方法。

背景技术

未来5G移动通信系统构架将会采用一个拥有不同覆盖尺寸、不同发射功率级别、不同无线接入技术相混合的多层异构网络构架，该异构网络构架可包括不同类型的小小区(如：Microcell、Picocell、Femtocell)、认知无线小区(Cognitve radio cell)、中继(Relay)以及终端直通(D2D)等。其中D2D(Device to Device，D2D)通信可以绕过基站实现发射端与接收端的直连与互通，这种通信方式也属于典型的单跳ad hoc通信，若将它部署到传统小区中的某些热点区域并辅以一定的干扰管理措施，不仅可以有效地提高网络的频谱效率还可以降低信息传输的延迟。

将D2D通信以Underlay的形式部署到传统小区网络中固然可以获得一些系统级别的性能增益，诸如提高频谱效率、增加网络的和吞吐量等。但是，引入D2D通信并复用传统小区网络的频谱资源，势必会给传统小区用户通信带来严重的跨层干扰，影响小区用户的通信性能。因此，对于拥有高优先级别的传统小区用户通信来说，很有必要对D2D的通信施以一定的干扰管理措施，如若仅对频谱资源进行复用而不对D2D通信的发射功率进行控制就会对传统小区的通信造成严重的跨层干扰并使其通信服务质量严重恶化。功率控制是一种高效的且普遍的干扰管理方法，但传统的采用优化技术的中心式功率控制方法并不能很好地适用于无规则地分散在小区中的无中心处理单元(Central Unit)的D2D通信网络。

发明内容

基于上述问题，对于这种特殊的网络构架方式，有必要设计分布式的功率控制方法。对于这种拥有不同优先级别的异构网络通信系统，非协作博弈理论中的斯坦科尔伯格博弈模型(Stackelberg Game)可以很好地应用到该网络体系中进行分布式的功率控制及跨层干扰管理方案的设计。我们可以将CBS(Cellular Base Station,基站)视作博弈的领导者，其通过对频谱复用的干扰信道制定价格以抑制跨层干扰不超过预设的门限值；将各D2D通信链路视作博弈的跟随者，其通过观测来自CBS的价格变化自适应地调整其发射功率。基于以上这种主、从博弈模型，最终可以获得令CBS以及D2D通信双方都能满意的斯坦科尔伯格均衡(Stackelberg Equilibrium，SE)策略。

本发明设计了一种基于斯坦科尔伯格博弈的D2D功率控制及干扰管理方法，方法中各D2D通过观测来自CBS的干扰定价因子自适应地实行功率控制，而CBS则通过检测来自D2D的跨层干扰来更新干扰定价因子。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于斯坦科尔伯格博弈的D2D功率控制及干扰管理方法，包括如下步骤：

步骤1，CBS端初始化跨层干扰定价因子μ并通过控制信道将其广播出去；

步骤2，D2D通信依据CBS端的跨层干扰定价因子求解如下优化问题，确定最优的功率控制策略以及跨层干扰的购买量，计算公式如下：

上式中，U_D2D是所有D2D通信链路的和效用函数，N是D2D通信链路的数量，K是网络中正交资源块的数量，B₀是单个RB的带宽，P指的是所有D2D通信链路发射功率集合，定义为其中是第i个D2D发射机在第k个RB上的发射功率，指的是第i个D2D发射机占用第k个RB到CBS端的信道功率增益，p_max是任意一个D2D发射机在所有RB上总发射功率约束，指的是第i个D2D接收机在第k个RB上所获得的接收信干燥比，具体表示如下：

上式中，是第i个D2D通信链路在第k个RB上的信道功率增益，指的是第j个D2D发射机占用第k个RB到第i个D2D接收机之间的信道功率增益，指的是CBS占用第k个RB到第i个D2D接收机之间的信道功率增益，是CBS在第k个RB上的发射功率，是第j个D2D发射机在第k个RB上的发射功率，σ²指的是D2D接收端的高斯白噪声功率；

步骤3，CBS端通过干扰检测技术求解如下优化问题，制定最优的干扰定价机制以最大化其收益并将其广播出去，计算公式如下：