專利名稱：家庭基站系統(tǒng)中基于博弈論的功率分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種家庭基站系統(tǒng)中家庭基站分配發(fā)射功率的實(shí)現(xiàn)方案，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著第三代(3G)蜂窩系統(tǒng)商用的大規(guī)?；?，基于自主資源分配的第四代(4G)蜂窩系統(tǒng)正漸漸進(jìn)入人們的視野。4G蜂窩系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)吞吐量、更低時(shí)延、更低的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本為目標(biāo)。由于現(xiàn)今通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展已經(jīng)接近香農(nóng)理論中的極限值，依靠改變調(diào)制方式或提升技術(shù)來改善網(wǎng)絡(luò)容量和速度的途徑正在走向盡頭，未來的解決方案只能依靠縮小基站的物理尺寸，得到更廣泛和更密集的覆蓋范圍。家庭基站的引入為4G 系統(tǒng)提供了一種新思路。家庭基站，最初稱為接入點(diǎn)基站，又稱毫微微蜂巢式基站臺(tái)，是一個(gè)小型的蜂窩基站，一般被設(shè)計(jì)為在家庭室內(nèi)或小的商業(yè)機(jī)構(gòu)中使用。作為近年來新興的室內(nèi)覆蓋技術(shù)，它能以較低的功率為用戶提供高速率的服務(wù)，是新一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與固定網(wǎng)絡(luò)的一種融合方式。但由于家庭基站大都由用戶購買，其相互間的干擾及與宏基站間的干擾成為其發(fā)展的最大問題之一。通過對(duì)家庭基站合理的分配發(fā)射功率，可適當(dāng)?shù)臏p小相互間的干擾。博弈論是進(jìn)行功率分配的方法之一，在認(rèn)知無線電中使用較多，由于認(rèn)知無線電與家庭基站系統(tǒng)有相似之處，可將博弈論引入家庭基站系統(tǒng)中。按照博弈過程中博弈方是否合作，可分為非合作博弈和合作博弈。目前主要的研究方向是非合作博弈，非合作的參與人雖然僅僅由各自的私利所驅(qū)使，但在某些情況下他們卻能表現(xiàn)出“合作的行為”。按照行為的時(shí)間序列性，可分為靜態(tài)博弈和動(dòng)態(tài)博弈。動(dòng)態(tài)博弈是指在博弈中，參與人的行動(dòng)有先后順序，且后行動(dòng)者能夠觀察到先行動(dòng)者所選擇的行動(dòng)。在非合作博弈中，納什均衡是很重要的一條分支，它是所有博弈參與者的最佳策略組合。博弈論是一種處理多個(gè)利益沖突的用戶之間的策略的交互選擇和均衡的數(shù)學(xué)工具，可將其用于分配認(rèn)知無線電中認(rèn)知用戶功率。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是在于提供一種家庭基站系統(tǒng)中基于博弈論的家庭基站發(fā)射功率的分配方法，構(gòu)建了基于用戶信噪比要求的博弈效用函數(shù)，該函數(shù)中不僅考慮了家庭用戶和宏用戶不同的信噪比要求，而且也考慮了家庭基站分布對(duì)干擾大小的影響，家庭基站與宏用戶越近，與鄰家庭基站越近，則對(duì)宏用戶和鄰家庭用戶干擾越大，則應(yīng)分配的功率越小。它更加準(zhǔn)確的描述了家庭基站系統(tǒng)中家庭基站發(fā)射功率對(duì)系統(tǒng)性能的影響，改善了系統(tǒng)的公平性和性能。技術(shù)方案本方法的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合國內(nèi)外最新的研究動(dòng)態(tài)與成果，通過博弈論(Game Theory)方法建立模型，應(yīng)用于家庭基站系統(tǒng)的功率分配中。采用了理論分析、可行性論證和計(jì)算機(jī)仿真相結(jié)合的方法，從理論和仿真兩個(gè)方面驗(yàn)證了所提出的方案。
本方法討論的家庭基站系統(tǒng)博弈，是家庭基站之間通過博弈來分配功率。在家庭系統(tǒng)博弈中，研究的功率分配系統(tǒng)包括一個(gè)宏小區(qū)和多個(gè)家庭小區(qū)(個(gè)數(shù)為N)，一個(gè)家庭小區(qū)包含一個(gè)或多個(gè)家庭用戶，宏小區(qū)內(nèi)也有多個(gè)宏用戶。本發(fā)明所針對(duì)的家庭基站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖I所示，考慮一個(gè)宏蜂窩小區(qū)內(nèi)有多個(gè)家庭小區(qū)和多個(gè)宏用戶，每個(gè)家庭小區(qū)內(nèi)有多個(gè)家庭用戶，宏小區(qū)和家庭小區(qū)共用頻譜，宏用戶之間和家庭用戶之間使用不同的頻段。故下行干擾包括宏基站對(duì)家庭用戶、家庭基站對(duì)鄰家庭小區(qū)用戶以及家庭基站對(duì)宏用戶。如圖I所示，由于宏用戶之間，家庭用戶之間并不存在干擾，為簡便起見，描繪了一個(gè)宏用戶k，每個(gè)家庭小區(qū)內(nèi)一個(gè)家庭用戶i的場景。圖中實(shí)線表示信號(hào)，虛線表示干擾，宏基站對(duì)宏用戶的信號(hào)(實(shí)線I)將受到家庭基站對(duì)宏用戶的干擾(虛線I)，家庭基站對(duì)家庭用戶的信號(hào)(實(shí)線2)將受到鄰家庭基站和宏基站對(duì)家庭用戶的干擾(虛線2)。

該方法構(gòu)建了基于用戶信噪比要求的博弈模型，該模型中的效用函數(shù)不僅考慮了宏用戶和家庭用戶由于服務(wù)質(zhì)量要求不同而信噪比要求不同這一因素，而且還考慮了家庭基站分布對(duì)干擾大小的影響，家庭基站與宏用戶距離越近，與鄰家庭用戶距離越近，則對(duì)它們的干擾會(huì)相應(yīng)增加，效用函數(shù)中的變量是家庭基站的發(fā)射功率，具體的方法為a.明確研究對(duì)象是各家庭基站分配的發(fā)射功率功率分配的研究對(duì)象是各次家庭基站，選擇合適的參量來建立模型，將家庭用戶和宏用戶的信噪比要求、家庭基站與宏用戶之間的距離和家庭基站之間的距離作為家庭基站博弈模型效用函數(shù)的主要參數(shù)，b.建立博弈模型對(duì)于家庭基站i，首先定義效用函數(shù)為
^ =ln(ri. rn+ln(y,~~rr)-w(4r + Σ ffDp“其中，w是調(diào)節(jié)因子，Yi是家庭用戶i的信噪比，/廠表示家庭用戶i的信噪比要求，表示宏用戶k的信噪比要求，Pi表示家庭基站i的發(fā)射功率,表示家庭基站i與本家庭小區(qū)內(nèi)用戶i之間的信道增益，/#/7表示宏基站k與家庭用戶i之間的信道增益，Yk是宏用戶k的信噪比。該效用函數(shù)有以下特點(diǎn)(1)保證家庭用戶的信噪比滿足要求；(2)保證宏用戶的信噪比滿足要求；(3)由于家庭基站的發(fā)射功率會(huì)對(duì)鄰家庭用戶和宏用戶造成影響，故懲罰因子與家庭基站到鄰家庭用戶和宏用戶之間的信道增益有關(guān)。c.進(jìn)行家庭基站發(fā)射功率的計(jì)算步驟一令迭代次數(shù)序號(hào)n=l，家庭基站序號(hào)i=l，家庭基站總數(shù)為N，對(duì)宏基站發(fā)射功率pk、家庭基站初始發(fā)射功率/f (賦初值，對(duì)宏用戶的目標(biāo)信噪比『廠和各家庭用戶的目標(biāo)信噪比要求進(jìn)行設(shè)置，設(shè)迭代門限值θ=10_5，調(diào)節(jié)因子w=103，對(duì)信道噪聲功率O2以及信道增益進(jìn)行測量，包括家庭基站i到宏用戶k的信道增益々f z，家庭基站i到鄰家庭小區(qū)內(nèi)用戶j之間的信道增益^f，家庭基站i與本家庭小區(qū)內(nèi)用戶i之間的信道增益宏基站k與家庭用戶i之間的信道增益宏基站k與宏用戶k之間的信道增益/公％
步驟二 計(jì)算家庭基站用戶i信干噪比
權(quán)利要求
1.一種家庭基站系統(tǒng)中基于博弈論的功率分配方法，其特征在于該方法具體包括以下內(nèi)容 a.對(duì)家庭基站i，構(gòu)建效用函數(shù)為
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種家庭基站系統(tǒng)中基于納什均衡的功率控制方法，改方法針對(duì)家庭基站之間以及家庭基站對(duì)宏用戶造成的干擾問題，構(gòu)建了以家庭基站發(fā)射功率為變量的博弈效用函數(shù)，該效用函數(shù)不僅考慮了宏用戶和家庭用戶的信噪比要求，而且也考慮了家庭基站的分布對(duì)干擾大小的影響，體現(xiàn)在效用函數(shù)中的懲罰因子，它更加好的彌補(bǔ)了非合作博弈的不公平性，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)性能。
文檔編號(hào)H04W52/34GK102883424SQ201210388908
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者朱琦, 穆施瑤 申請人:南京郵電大學(xué)