[發明專利]一種基于微分博弈的認知無線電系統功率控制方法

無效

• 申請號: 201010615209.0
• 申請日: 2010-12-30
• 公開（公告）號: CN102075267A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 林大澤;張永德;周賢偉;黃秋香;張鳴魯;李永芳;張龍;劉濤;吳華怡;鄧宇
• 申請（專利權）人: 青海西部礦業科技有限公司
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00;H04W16/14;H04W52/24
• 代理公司: 西寧金語專利代理事務所 63101
• 代理人: 哈慶華

技術領域

本發明涉及認知無線電、蜂窩移動通信領域，具體地說是涉及一種基于微分博弈的認知無線電系統功率控制方法。

背景技術

隨著無線通信技術飛速發展，通信系統對無線頻譜資源的需求也不斷增加，稀缺的頻譜資源已無法滿足不斷增長的需求。從近年一些研究結果可以看到，頻譜資源缺乏更多是由于現有的頻譜管理與分配策略造成的。現有的頻譜管理與分配策略大多是基于靜態控制的模型，即管理機構將可用頻譜資源劃分成固定、非重疊的頻譜塊，這些頻譜塊大小固定，并通過保護頻帶進行分割，將這些頻譜塊以獨占的方式分配給不同的服務和技術，分配到這些頻段的用戶被稱為授權用戶(或主用戶)，例如，移動通信運營商、廣播電視、軍事和公共安全部門等。這種靜態控制的分配方式，頻譜管理非常簡單，但大量的測量數據表明其頻譜利用率卻相當低下，以美國為例，在3GHz以下，己分配頻譜的利用率隨時間和地理位置的變化從15%到85%，產生時間和空間上的頻譜空穴(spectrum?hole)。此外，工業、科學及醫藥頻段(Industrial?Scientific?and?Medical，ISM)也開始推行開放式頻譜利用策略，帶來了多種重要的新興技術與技術革新，然而，由于多種異構網絡之間的干擾，使得ISM頻段的頻譜效率也不是太高。

??????認知無線電(Cognitive?Radio，CR)是一種智能無線通信系統，通過感知外部環境，自適應調整系統參數以適應外部環境變化，并以機會方式動態接入空閑頻譜，提高頻譜利用率。

??????功率控制是無線資源管理的重要內容，因為它能有效降低系統各用戶終端的發射功率、抑制干擾、增加系統吞吐量、改善系統服務質量(QoS)以及延長電池使用壽命。另外，低的發射功率可減少終端輻射，有利于人體健康。

發明內容

本發明的目的在于提供構建出一種基于微分博弈的認知無線電系統功率控制方法。

本發明一種基于微分博弈的認知無線電系統功率控制方法通過下述技術方案予以實現：本發明所述的控制方法包括如下步驟：

1)?認知無線電系統模型的構建

假設主用戶(primary?user)采用FDMA或TDMA多址方式，對于授權頻譜資源，主用戶不可能連續利用，故易產生可被認知用戶重新利用的頻譜空穴；假設位于該小區的n個認知用戶組成以基站為中心的CR系統，認知用戶集合為????????????????????????????????????????????????；在時間內，認知用戶采用CDMA多址方式共享一段頻譜空穴，靜止或低速移動；在時刻，認知用戶()的信干比(SIR)為，其中為時刻認知用戶的發射功率，，認知用戶的最大發射功率是認知用戶與CR系統基站距離的單調遞增函數，假設，為功率調整因子，(為CR系統小區半徑，由認知用戶感知外部環境獲得)；為認知用戶與CR系統基站間的信道增益，(為常量，取值范圍為)；為CR系統基站背景噪聲功率且為常量；為擴頻帶寬，為信息傳輸速率，則擴頻處理增益為；認知用戶保證QoS的目標SIR為，則要求；假設在AWGN信道或瑞利衰落信道下，時刻認知用戶的吞吐量為，其中為常量；為保證認知用戶產生的干擾不對主用戶造成影響，認知用戶在時刻發射功率應滿足平均功率門限要求：；

2)?功率削減代價函數與功率輻射危害代價函數的設計

考慮認知用戶的不同，引入2個代價函數和。為時刻認知用戶的功率削減代價函數，表示為，為功率削減因子且；認知用戶對主用戶及其他認知用戶造成的干擾影響表示為功率輻射危害代價函數，記為，其中為功率輻射危害代價因子且，為時刻累積功率輻射量；

3)?功率控制的微分博弈模型的構建

將功率輻射危害代價函數中理解為微分博弈的狀態變量；認知用戶的瞬時支付為，其中為認知用戶的控制；認知用戶的支付函數為，其中為貼現率；將2個代價函數代入式(5)，得；狀態變量滿足微分方程，其中為功率輻射吸收因子且；

4)?反饋納什均衡的求解

對于非合作功率控制微分博弈模型，為便于求解，放寬式(6)，(7)的博弈時間間隔，討論無限水平微分博弈，令；假設為反饋納什均衡解析解，存在連續可微函數，，由推論2可得微分方程；做最小化處理，得；將代入，得；求微分方程，得；進一步有；則非合作功率控制微分博弈反饋納什均衡解為；

??????認知用戶的SIR為；

??????系統總吞吐量為。