[發明專利]蜂窩網絡終端直連中面向用戶體驗質量的功率控制方法

在審

• 申請號: 202110227164.8
• 申請日: 2021-03-01
• 公開（公告）號: CN114258123A
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 朱赟;龔成堅;湯磊;高連峰;王軍
• 申請（專利權）人: 贛南師范大學
• 主分類號: H04W52/26
• 分類號: H04W52/26;H04W52/38;H04W52/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.蜂窩網絡終端直連中面向用戶體驗質量的功率控制方法，其特征在于：

在采用CDMA模式的單蜂窩小區系統中有N個主用戶和M個D2D用戶，每個D2D用戶相應的調整自己的發射功率來最大化其以誤碼率作為衡量標準的用戶體驗質量，且通過背景干擾和噪聲的聯合功率要求低于限定值來保障主用戶通信時的信干噪比，而系統需要根據D2D用戶的數據流量傳輸速率進行計費，則所述方法可通過建立在滿足干擾和噪聲聯合功率約束條件下基于誤碼率用戶體驗質量的發射功率分配對應的非合作博弈數學模型來表示：

其中，P∈[p_min,p_max]為D2D用戶的策略空間，p表示用戶的發射功率，p_min為最小發射功率，p_max為最大發射功率，h表示不同用戶節點之間的信道增益，c表示擴頻碼之間的碼相關系數，背景噪聲功率為σ²，ρ為權重系數，σ_max為背景干擾和噪聲的聯合功率的限定值。

蜂窩網絡中每個D2D用戶在進行信息傳輸的過程中都期望其誤碼率盡可能小，這樣才能獲得比較滿意的用戶體驗質量，同時也期望獲得這種用戶體驗質量的條件下能夠降低其流量傳輸速率的計費狀況，則D2D用戶的最終目標是能夠以較小的發射功率為代價獲得較高的用戶體驗質量，也即較低的誤碼率。同時，考慮到為避免D2D用戶通信對主用戶造成影響，保障主用戶通信時的信干噪比，要求背景干擾和噪聲的聯合功率要求低于限定值σ_max，以此作為主用戶在蜂窩小區中用戶體驗質量的衡量標準。在這個博弈模型中，每個用戶的發射功率最終會達到均衡，即式(7)一定存在納什均衡。

如果將納什均衡功率表示為p*，那么系統中某D2D用戶單獨改變其發射功率，使其功率偏離這個均衡，它的代價都將增大，即：

其中表示除D2D用戶i的發射功率之外的其他所有用戶的發射功率向量。

為了求得納什均衡時的發射功率，可對U_i(p)求p_i的導數并令其為0。考慮到對p_i求導的復雜性，可先通過D2D用戶i的接收信干噪比γ_i替代p_i進行求導，如下所示：

其中，

考慮到x→0時，sinx≈x，且由冪級數的展開公式可知e^-x≈1-x+x²/2，由信號正確接收可知則由式(3)可得由一元三次方程的實數根可知：

其中，Δ₁＝-1+6τ，Δ₂＝2-18τ+54τ²

考慮到函數的凹凸性，可見式(4)中給出的γ_i對應為式(1)中U_i的最大值，可知D2D用戶i此時處于納什均衡，且U_i(p_i)最大，由式(4)可以給出D2D用戶i發射功率的納什均衡解

由于式(5)中I_i需考慮其他D2D用戶的發射功率帶來的干擾影響，且在式(1)中需滿足p_i≤p_max，且在D2D用戶i處則可以通過以下迭代過程求解D2D用戶i發射功率的優化解：

(1)迭代輪數t置為0，初始化每個用戶的發射功率，考慮到主用戶帶來的干擾不可控，但假設其他D2D用戶取p_min時帶來的干擾則最小，可見滿足接收信干噪比所需要的D2D用戶i發射功率也較小，由此可通過式(5)給出各D2D用戶發射功率的初始值；

(2)判斷此時D2D用戶i處是否滿足條件和p_i≤p_max，如果滿足條件，則以Δp遞增用戶i的發射功率，否則不增加；

(3)通過式(1)計算比較當前t輪用戶i的U_i^(t)(p_i)與t-1輪的U_i^(t-1)(p_i)，若|U_i^(t)(p_i)-U_i^(t-1)(p_i)|/U_i^(t-1)(p_i)≤δ，其中δ為設定的誤差偏離值，則停止加大用戶i的發射功率；

(4)完成全部D2D用戶后通過式(5)更新全部D2D用戶的發射功率，若全部D2D用戶都不再加大發射功率則退出迭代過程，否則返回步驟(2)，且迭代輪數t加1。