[发明专利]家庭基站系统中基于博弈论的功率分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种家庭基站系统中家庭基站分配发射功率的实现方案，属于通信技术领域。

背景技术

随着第三代（3G）蜂窝系统商用的大规模化，基于自主资源分配的第四代（4G）蜂窝系统正渐渐进入人们的视野。4G蜂窝系统以实现更高的数据吞吐量、更低时延、更低的建设和运行维护成本为目标。由于现今通信网络架构的发展已经接近香农理论中的极限值，依靠改变调制方式或提升技术来改善网络容量和速度的途径正在走向尽头，未来的解决方案只能依靠缩小基站的物理尺寸，得到更广泛和更密集的覆盖范围。家庭基站的引入为4G系统提供了一种新思路。

家庭基站，最初称为接入点基站，又称毫微微蜂巢式基站台，是一个小型的蜂窝基站，一般被设计为在家庭室内或小的商业机构中使用。作为近年来新兴的室内覆盖技术，它能以较低的功率为用户提供高速率的服务，是新一代移动网络与固定网络的一种融合方式。但由于家庭基站大都由用户购买，其相互间的干扰及与宏基站间的干扰成为其发展的最大问题之一。通过对家庭基站合理的分配发射功率，可适当的减小相互间的干扰。

博弈论是进行功率分配的方法之一，在认知无线电中使用较多，由于认知无线电与家庭基站系统有相似之处，可将博弈论引入家庭基站系统中。按照博弈过程中博弈方是否合作，可分为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，非合作的参与人虽然仅仅由各自的私利所驱使，但在某些情况下他们却能表现出“合作的行为”。按照行为的时间序列性，可分为静态博弈和动态博弈。动态博弈是指在博弈中，参与人的行动有先后顺序，且后行动者能够观察到先行动者所选择的行动。

在非合作博弈中，纳什均衡是很重要的一条分支，它是所有博弈参与者的最佳策略组合。博弈论是一种处理多个利益冲突的用户之间的策略的交互选择和均衡的数学工具，可将其用于分配认知无线电中认知用户功率。

发明内容

技术问题：本发明的目的是在于提供一种家庭基站系统中基于博弈论的家庭基站发射功率的分配方法，构建了基于用户信噪比要求的博弈效用函数，该函数中不仅考虑了家庭用户和宏用户不同的信噪比要求，而且也考虑了家庭基站分布对干扰大小的影响，家庭基站与宏用户越近，与邻家庭基站越近，则对宏用户和邻家庭用户干扰越大，则应分配的功率越小。它更加准确的描述了家庭基站系统中家庭基站发射功率对系统性能的影响，改善了系统的公平性和性能。

技术方案：本方法的设计紧密结合国内外最新的研究动态与成果，通过博弈论（Game Theory）方法建立模型，应用于家庭基站系统的功率分配中。采用了理论分析、可行性论证和计算机仿真相结合的方法，从理论和仿真两个方面验证了所提出的方案。

本方法讨论的家庭基站系统博弈，是家庭基站之间通过博弈来分配功率。在家庭系统博弈中，研究的功率分配系统包括一个宏小区和多个家庭小区(个数为N)，一个家庭小区包含一个或多个家庭用户，宏小区内也有多个宏用户。

本发明所针对的家庭基站系统结构如图1所示，考虑一个宏蜂窝小区内有多个家庭小区和多个宏用户，每个家庭小区内有多个家庭用户，宏小区和家庭小区共用频谱，宏用户之间和家庭用户之间使用不同的频段。故下行干扰包括宏基站对家庭用户、家庭基站对邻家庭小区用户以及家庭基站对宏用户。

如图1所示，由于宏用户之间，家庭用户之间并不存在干扰，为简便起见，描绘了一个宏用户k，每个家庭小区内一个家庭用户i的场景。图中实线表示信号，虚线表示干扰，宏基站对宏用户的信号（实线1）将受到家庭基站对宏用户的干扰（虚线1），家庭基站对家庭用户的信号（实线2）将受到邻家庭基站和宏基站对家庭用户的干扰（虚线2）。

该方法构建了基于用户信噪比要求的博弈模型，该模型中的效用函数不仅考虑了宏用户和家庭用户由于服务质量要求不同而信噪比要求不同这一因素，而且

还考虑了家庭基站分布对干扰大小的影响，家庭基站与宏用户距离越近，与邻家庭用户距离越近，则对它们的干扰会相应增加，效用函数中的变量是家庭基站的发射功率，具体的方法为：

a.明确研究对象是各家庭基站分配的发射功率：功率分配的研究对象是各次家庭基站，选择合适的参量来建立模型，将家庭用户和宏用户的信噪比要求、家庭基站与宏用户之间的距离和家庭基站之间的距离作为家庭基站博弈模型效用函数的主要参数，

b.建立博弈模型：对于家庭基站i，首先定义效用函数为：