[发明专利]一种基于干扰反制博弈的通信功率控制方法

权利要求书

1.一种基于干扰反制博弈的通信功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，建立通信场景，所述通信场景包含合法用户，合法干扰机以及非法用户；

步骤2，依据合法干扰机的行动，非法用户求解出最优传输功率；

步骤3，合法干扰机基于非法用户的最佳应对策略，在满足合法用户基本通信需求的同时，分析规划出自身的最佳干扰功率；

步骤1中，将合法干扰机与非法用户发射功率博弈的通信场景建模为干扰反制斯坦伯格博弈，定义博弈双方即合法干扰机与非法用户的效用函数，并设定合法干扰机与非法用户分别作为领导者和跟随者；

步骤1中，所述非法用户的效用函数V、优化目标以及约束条件定义如下：

maxV(P,P_j)，

s.t.P≤P^(max)，

其中，P为非法用户的发射功率，P_j为合法干扰机传输功率，P^(max)为非法用户最大发射功率，δ为信道背景噪声，α为非法用户发射端到其接收端的信道增益，β为合法干扰机发射端到非法用户接收端的干扰信道增益，C为非法用户的传输代价；

步骤1中，所述合法干扰机的效用函数U、优化目标以及约束条件如下：

maxU(P,P_j)，

其中，为合法干扰机最大发射功率，α_l为α在状态l时的信道增益，E_k为状态k时E的传输代价，σ_u(α_l,E_k)为α_l与E_k的联合概率分布，β_u为合法干扰机发射端到合法用户接收端之间的干扰信道增益，P_u为合法用户的传输功率，α_u为合法用户发射端到接收端之间的信道增益，r为满足基本通信传输要求时的阈值，L表示合法干扰机信道增益的状态个数，K表示合法干扰机传输代价的状态个数；

步骤2中，

当给定合法干扰机发射功率时，由于满足：

则非法用户的效用函数V是关于其发射功率P的凹函数，基于对偶优化理论，引入非负对偶变量λ后，由优化目标maxV(P,P_j)及约束条件P≤P^(max)所组成优化问题的拉格朗日函数L(P,P_j,λ)为：

根据KKT条件，得到：

通过上述公式求得非法用户最优传输功率P^*：

其中，中间参数

步骤3中，对于合法干扰机，设定其感知到非法用户发射端到接收端的信道增益α共有L个状态，定义为α₁,...,α_l,...,α_L，并且L个状态的概率分别为设定合法干扰机的传输代价E共有K个状态，定义为E₁,...,E_k,...,E_K，并且K个状态的概率分别为τ₁,...,τ_k,...,τ_K；联合概率分布σ_u(α_l,E_k)满足概率与τ_k分别满足与

将代入到得到：

当满足条件P_j≥Λ时，合法干扰机效用函数是其发射功率P_j的线性函数；当满足条件P_j＜Λ时，合法干扰机的效用函数是其发射功率P_j的凹函数；

由约束条件得到：

求得关于合法干扰机发射功率的联合约束条件为：

其中，参数引入非负对偶变量μ，由合法干扰机目标函数maxU(P,P_j)及约束条件所组成优化问题的拉格朗日函数L(P,P_j,μ)为：

根据KKT条件，上述公式为：

得到合法干扰机发射功率为：

步骤3中，建立如下合法干扰机的效用函数U(P,P_j)：

为求上述效用函数U(P,P_j)的最大值，考虑以下四种情况：

第一种情况，当条件Λ≤0满足时，合法干扰机的效用函数U(P,P_j)在P_j＝0处获得最大值；

第二种情况，当条件Λ＞0,Γ≤0满足时，合法干扰机的效用函数U(P,P_j)在P_j＝0处获得最大值；

第三种情况，当条件Λ＞0,0＜Γ＜Λ满足时，合法干扰机的效用函数U(P,P_j)在P_j＝Γ处获得最大值；

第四种情况，当条件Λ＞0,Γ≥Λ满足时，合法干扰机的效用函数U(P,P_j)在P_j＝Λ处获得最大值；

则合法干扰机的最佳干扰功率为：

其中，