[發明專利]一種基于分層博弈模型的功率自適應分配方法

有效

• 申請號: 202011325015.7
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112543498B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 陳賡;邵睿;馬璐瑤;曾慶田;姚文靜;徐先杰;張旭
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: H04W52/14
• 分類號: H04W52/14;H04W52/24;G06N5/04
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

1.一種基于分層博弈模型的功率自適應分配方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)在5G異構融合網絡區域內，采用博弈論的理論基礎構建由RNC、基站和基站用戶組成的三層異構融合網絡模型；

(2)采用基于斯坦克爾伯格博弈與非合作博弈的功率控制方法得到最優發射功率；

(3)通過對分層博弈均衡解的分析得到斯坦克爾伯格博弈的均衡解；

(4)采用基于分層博弈的功率分配算法得到收斂的功率值及各基站最優定價；

所述步驟(2)中，RNC與基站之間采用斯坦克爾伯格博弈，RNC是博弈領導者，基站是跟隨者；基站用戶間采用非合作博弈得到各自的最優發射功率；

其中，斯坦克爾伯格博弈的具體過程為：

在一給定時隙內，RNC對基站i單位功率的定價為λ_i，基站i的傳輸帶寬為w_i，則基站i的鏈路傳輸速率如下：

其中，p_i表示基站i的發射功率，p_j表示基站j的發射功率，p₀表示RNC的傳輸功率，h_ii表示基站i與其用戶的鏈路信道的功率增益，h_i0表示RNC與基站i之間的干擾鏈路增益，h_ij表示基站i與用戶j的干擾鏈路增益，N為基站總數，i為任一基站且i∈{1,2,3…,N}；

基站i的效用函數U_i如下：

RNC的效用函數U_RNC如下：

其中，h_0i為基站i對基站用戶的干擾鏈路增益；

綜上所述，RNC的優化問題如下：

其中，分別為鏈路傳輸速率的上、下界；

基站的優化問題如下：

式(5)和(6)共同構成了一次斯坦克爾伯格博弈過程，RNC在掌握了基站的最優策略的情況下對基站功率進行定價，基站通過觀察RNC的定價后采取相應策略行動，調整自身發射功率；

其中，基站用戶間非合作博弈的過程是對式(6)進行求解，之后將其結果代入式(5)，求解RNC的優化問題，最后整個系統達到斯坦克爾伯格均衡；

其中，達到斯坦克爾伯格博弈均衡時的均衡解滿足如下條件：

U_RNC(λ^*,p^*)≥U_RNC(λ,p^*) (7)

其中，λ^*為RNC的最優定價集合，p*為RNC的最優發射功率策略集合，λ為RNC對基站單位功率的定價，為基站i的最優定價集合，為基站i的最優發射功率策略集合；

所述步驟(3)的具體過程為：

首先，利用倒推法求出基站用戶非合作博弈達到納什均衡時的最優發射功率，具體過程為：

對于給定的定價，式(6)有一最優解即基站的最優發射功率如下：

其中，(a)⁺為max{a,0}；

其次，將所求得的最優發射功率寫成矩陣形式，代入到RNC的效用函數中進行化簡；

最后，研究其效用函數與定價之間的關系，進而簡化其優化問題，在系統模型達到斯坦克爾伯格均衡時求出RNC的最優定價，RNC的最優定價λ^*如下：

其中，為λ_i的上界，n₀為RNC的噪聲干擾；

由式(10)和式(32)得到的最優發射功率和最優定價構成了斯坦克爾伯格博弈的均衡解(p_i(λ^*),λ^*)；

所述步驟(4)的具體過程為：

首先，RNC根據基站的初始發射功率計算各個基站的定價，并通過RNC將所得定價廣播給對應的基站；

其次，基站收到定價后根據迭代函數對自身發射功率進行調整，

迭代函數如下：

最后，設定迭代次數，得到各個基站的最優發射功率和RNC對各個基站的最優定價。