[发明专利]一种联合功率控制和接入控制方法

摘要

本发明的目的在于提供一种联合功率控制和接入控制方法。本发明基于斯坦克尔伯格博弈模型，将家庭基站作为领导者，宏用户作为从属者，家庭基站进行发射功率的决策后，宏用户即会相应地做出接入选择的决策。以最大化系统容量为目标，领导层和从属层之间进行博弈，最终达到均衡状态，确定家庭基站的发射功率策略及宏用户的接入策略。该方法针对家庭基站网络中一般功率控制的博弈方法在减小宏用户受到的干扰方面的不足，提出了联合功率控制和接入控制的博弈方法，让宏用户在提高系统整体性能方面发挥更积极的作用。

主权项

一种基于博弈论的联合功率控制和接入控制方法，其特征在于该方法建立了一种家庭基站和宏用户联合优化系统性能的斯坦克尔伯格博弈模型，家庭基站作为领导者，先进行功率决策；宏用户作为从属者，根据家庭基站的发射功率信息，随后来进行接入选择决策，并将结果反馈给家庭基站，该方法的具体步骤如下：1)初始化系统参数：各个基站中用户数目的集合初始值为User_Collect＝[M,T,…,T]，给定宏基站的发射功率为P0，家庭基站初始发射功率{Pj}(0)，j＝{1,2,…N}，其中M为宏小区内随机分布的宏用户数目，N为该宏小区内家庭基站的数目，T为每个家庭基站中家庭用户的数目；2)从属层的决策过程可建模为接入控制子博弈：在已知领导层即家庭基站初始功率{Pj}(0)的条件下，从属层即宏用户通过多轮博弈找出最大化效用UMUEi(Si)的接入均衡策略{Si*}(0)，每一轮博弈过程是各个宏用户通过穷举有限种可能的策略来确定这一轮的最优策略；构建从属层效用函数UMUEi(Si)的具体表达式为：式中，策略Si表示宏用户i接入第Si个基站，i＝{1,2,…,M}，B_total是每个基站的总带宽，带宽平均分配给基站中的所有用户，是第Si个基站的用户数目，是指基站Si到宏用户i的信干噪比，是第Si个基站的发射功率，Pk是其他基站的发射功率，是第Si个基站到宏用户i的信道增益，hk,i是其他基站到用户i的信道增益；3)领导层的决策过程可建模为功率控制子博弈:根据从属层即宏用户反馈的{Si*}(0)信息更新User_Collect，领导层即各家庭基站再依据此反馈，博弈得出最新调整的发射功率{Pj*}(1)；首先构建领导层效用函数UFAPj(Pj)的具体表达式为：式中，策略Pj表示第j个家庭基站的发射功率，Nj是第j个基站的用户数目，是第j个家庭基站中第n个家庭用户的信干噪比，无论n为何值，都令为其中，hj,j是家庭基站j到其用户的信道增益，h0,j是宏基站到家庭基站j的用户的信道增益，hk,j是其他家庭基站与家庭基站j的用户之间的信道增益，w是代价项的权重因子，hj,m是第j个家庭基站到其余非此基站的用户的信道增益，Lm是用户m所接入的基站包含的用户数目，共有Q个基站，Q＝N+1，第i个基站有Ni个用户；效用的第一项表示家庭基站j的总容量，第二项表示对其他基站中各个用户的干扰之和；然后对系统中每个家庭基站的发射功率进行迭代调整，将效用最大时的功率策略作为最终领导层的功率决策，具体步骤如下：a)对每个家庭基站的发射功率策略进行初始化：令初始时刻n＝0，每个家庭基站在初始时刻的发射功率策略为Pj(0)；b)根据下式分别计算下一时刻每个家庭基站的发射功率策略，然后令n＝n+1：c)判断是否系统中所有家庭基站均满足以下条件：每个家庭基站的功率策略都满足条件其中ε为功率策略允许的误差范围；如是，则进入步骤d)，否则返回步骤b)；d)将最后更新得到的每个家庭基站的发射功率策略，作为领导层在目前网络状态下的最优功率策略{Pj*}；4)宏用户继续响应于家庭基站的功率决策{Pj*}(1)，做出接入选择的决策{Si*}(1)；5)重复步骤3)、4)，根据反馈信息{Si*}(k)，家庭基站调整功率策略为{Pj*}(k+1)，然后宏用户做出响应，得到接入策略{Si*}(k+1)，领导层和从属层进行斯坦克尔伯格博弈，直至最后得到稳定的解,功率策略和接入策略都不再变化，即为斯坦克尔伯格博弈的均衡值。