[发明专利]一种基于博弈论的认知异构蜂窝网络功率控制方法

说明书

本发明提供了一种基于博弈论的认知异构蜂窝网络功率控制方法，采用非合作博弈对认知网络进行建模，考虑跨层干扰以及能量效率问题，针对Underlay频谱共享模式的下层链路干扰问题提出基于非合作博弈的功率控制方法，方法首先保证主网络中的宏基站的通信服务质量，在对家庭认知基站的最大功率和总干扰功率的限制下，最大化家庭认知基站的能量效率，针对最优功率的求解，提出将功率控制问题转化为关于价格因子的一元线性问题。仿真证明了算法的具有较好的收敛性，同时能有有效提升网络能量效率。

技术领域

本发明涉及一种认知网络下行链路功率控制方法，特别是一种基于博弈论的认知异构蜂窝网络功率控制方法，属于认知异构蜂窝网络资源分配技术领域。

背景技术

大规模数据流量业务需求对频谱效率有着更高的要求，其中认知技术被广泛认可并应用于提升频谱效率，增加信道传输容量。Underlay模式共享频谱允许主用户和认知用户同时共享同一频段，也就是说，跨层干扰是认知异构网络中不可忽视的干扰问题。功率控制是资源分配的重要方法之一，通过对网络中基站节点的功率调节，实现网络中干扰抑制的目的，在网络性能提升方面具有良好表现。

用户数量爆炸式增多，业务量指数增长，传统单层蜂窝网络已经难以达到上下行传输速率要求，并且针对室内覆盖问题仍然存在信号覆盖不足等问题，为此，在以宏基站为核心组网的小区室内环境中引入家庭认知基站构成认知异构蜂窝网络，一方面实现帮助宏基站分流，增加网络吞吐量，另一方面增强室内信号覆盖，提升室内用户的服务质量。在认知异构蜂窝网络中，由于宏基站和家庭认知基站的接入方式不同，将宏基站看做主网络层，主网络中的宏基站和宏用户都成为主用户，拥有频谱授权，可以随意接入授权频谱，家庭认知基站看做认知网络层，在主网络通信干扰容忍范围下机会接入频谱进行数据通信。异构网络首先要保证主网络的通信服务质量，因此大部分功率控制方案大多是从提升网络的吞吐量角度出发，对认知用户的传输功率进行合理有效分配，保证网络的数据传输能够有效运作。随着全球变暖冰川消融等环境恶化现象层出不穷，人们越来越意识到节能绿色网络在未来的网络设计中是必须且重要的。因此减少功率损耗，提升能量效率逐渐成为了功率控制的研究重点。

博弈论是运筹学的一门学科，最初被应用于微观经济学领域，用来表示市场经济竞争问题，这其实是研究多个决策体之间相互影响行为策略交互的问题。在认知异构蜂窝网络资源分配中，基站之间的相互竞争行为可以良好的通过博弈论反应出来，每个基站在博弈中为了实现自身目标最优化相互竞争，这种行为现象可以通过建立非合作博弈来更好地表征基站在网络资源分配中的行为。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种能够在保证主网络收受到跨层干扰在其阈值内，对家庭认知基站功率有效合理分配，提升网络能量效率的基于博弈论的认知异构蜂窝网络功率控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于非合作博弈的认知异构蜂窝网络功率控制方法，包括以下步骤：

步骤1：采用非合作博弈对认知蜂窝网络中家庭认知基站进行数学建模，将家庭认知基站作为博弈参与者，将基站的传输功率作为行动策略，将每个家庭认知基站的能量效率和干扰功率付费作为每个基站的目标函数，建立效用函数，并进行初始化功率分配；

步骤2：计算每个家庭认知基站的付费范围和增量步长，设定价格的初始价格为最低价格；

步骤3：更新每个基站的付费价格，每个家庭认知基站计算当前价格下的最优功率，并广播给其他基站；

步骤4：计算所有家庭认知基站的总功率；

步骤5：若总功率大于主网络的干扰阈值，则进行步骤3；

步骤6：得到最优干扰功率定价以及最优功率解。

本发明还包括：

1.步骤1的采用势博弈对网络进行建模具体为：