[发明专利]多用户协同抗干扰系统及动态频谱协同抗干扰方法

权利要求书

1.一种多用户协同抗干扰系统，其特征在于，包括一个分布式无线网络，由若干个数据采集设备和用频设备组成，用户集合设为每一个用户表示距离相近的一个用频终端设备和一个数据采集设备，可用信道集合为/假设N＞M；

为传输自身数据，所有用频设备竞争接入M条可用信道；假设系统中存在一个额外的公共控制信道，用频设备能够通过该公共控制信道与邻居交互信息；若超过两个用户选择同一信道进行通信，则这些用户可共享该同一信道；当用户n工作于可用信道m上时，用户可达期望传输速率u_nm为：

其中，δ_jm表示干扰机是否干扰可用信道m，0表示未干扰，1表示干扰；B为信道带宽；A_m表示用户n的邻居中选择了可用信道m的用户数量；P_n为用户n的传输功率，d_n为用户n发射机到接收机的距离，α为路径衰落系数，σ²为信道的噪声功率；

假设每个用户在每个时隙只能选择一个信道进行传输，干扰也只能在每个时隙攻击一个信道，则用户n的可达传输速率u_n表示为：

其中，δ_nm表示用户n是否选择信道m进行通信，在模型中，超过两个邻居用户选择同一个可用信道将会使得网络性能下降，则该网络的优化目标为：

采用局部互利博弈对分布式抗干扰信道接入问题进行建模，并解决分布式决策优化；博弈模型表示为其中/表示干扰机；ε_n为用户n的邻居用户集；A_n是用户n的所有策略组合，且a_n∈A_n是用户n的一种可用信道选择策略；A_j是干扰机的所有可能策略，并且a_j∈A_j是干扰机的一种干扰策略；

在局部互利博弈中，用U_n表示用户n的效用函数，如下式所示：

其中，是用户n的邻居用户的可用信道选择策略；u_k表示用户k的可达传输速率，a_k表示用户k的信道选择策略，/表示用户k的邻居用户的信道选择策略；在该博弈中，各用户的目标为/u_n为用户n的可达传输速率；用户n的效用函数为自身满意度与其邻居用户的满意度之和，用户不仅需要优化自身满意度，同时需要考虑受其影响的邻居用户的满意度，邻居间需要进行满意度信息交互；

对于干扰机的一种干扰策略a_j，当且仅当没有任何用户单方面改变可用信道策略能够提高其效用函数时，可用信道策略组合是纯策略纳什均衡，其中/表示达到纯策略纳什均衡时用户n的信道选择策略：

其中，代表从集合A_n中移除元素/的集合，a_-n＝{a₁，...，a_n-1，a_n+1，...，a_N}表示除n外的其他用户的决策；

此外，若存在一个势能函数φ_e：A₁×...×A_N→R，使得对任意用户任意策略a_n∈A_n和a′_n∈A_n，下列等式成立：

U_n(a_n，a_-n，a_j)-U_n(a′_n，a_-n，a_j)＝φ_e(a_n，a_-n，a_j)-φ_e(a′_n，a_-n，a_j)

则该博弈称为精确势能博弈，一个精确势能博弈中任意用户单方面改变策略导致的效用函数变化量和势能函数的变化量一样；其中a′_n是用户n的信道选择策略，是区别于a_n的其他策略；

对于干扰机的一种干扰策略a_j，所提抗干扰局部互利博弈是一个精确势能博弈，且至少存在一个博弈的纯策略纳什均衡；此外，全网用户满意度最大化问题/的最优解是该博弈的纯策略纳什均衡；

首先构造如下势能函数φ₁(a_n，a_-n，a_j)：

该势能函数即为全网用户吞吐量函数之和；当用户n的某一个信道接入策略从信道m改为m′时，表明a_n变为了a′_n，此时，单方面改变信道接入策略导致的效用函数变化量为：

其中是指区别于/的其他策略；注意到用户n信道决策的改变只影响其邻居集合ε_n内的用户，因此，当a_n变为a′_n时，对于所有非用户n的邻居用户，有如下关系：

其中u_i表示用户i的效用函数，a_i表示用户i的信道选择策略，表示用户i的邻居的其他策略，/表示用户i的邻居的策略；这里的用户i不是用户n的邻居用户；

势能函数的改变量为：

由势能博弈的定义知，所提抗干扰局部互利博弈是一个精确势能博弈，且全网用户吞吐量最大化问题的最优解即为该博弈的纯策略纳什均衡。/