[发明专利]一种异构网络中基于博弈论的高效功控方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于异构网络中的功率控制方法，确切地说，涉及一种基于博弈论的高效功控方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着数据业务的不断增长，通过简单的小区分裂或LTE R8/R9中的小区间干扰协调ICIC(Inter-cellInterferenceCoordination)技术已经难以提高数据容量和小区边缘频谱效率。所以通过改变网络的拓扑结构以显著提高网络容量的技术应用而生，在现有的宏小区中覆盖低功率节点成为一种必然选择，这就形成了异构网络。异构网络就是在现存宏小区中部署低功率节点，比如微小区(Picocell)、家庭小区(Femtocell)和中继(Relay Node)的网络(参见图1所示)。然而在这种网络部署结构下，传统宏基站和低功率传输节点之间存在共信道干扰，而缓解共信道干扰的一种有效的方法就是功率控制。本专利中，异构网络模型以宏基站和家庭基站共存的网络为例。

在无线蜂窝网络的设计中，功率控制是一个至关重要的自由度，功率控制的意义主要体现在干扰管理、能量管理和连通性管理这几个方面。

干扰管理：由于无线通信的广播特性，各个信号之间不可避免的会存在相互干扰。这个问题在干扰受限的系统中尤其严重，例如CDMA系统，在此系统中，难以维持用户之间的完美正交性。而通过功率控制则能够确保有效的频谱重用和满足要求的用户体验。

能量管理：由于移动终端、手持设备或者任何具有较小能量的节点的电池容量有限，节能对于这些设备甚至网络的寿命而言，是非常重要的。通过功率控制能够最小化能量的开支。

连通性管理：即使没有信号干扰和能量受限的约束，由于无线信道的不确定性和时变性，接收机同样需要维持一个最小的接受信号水平，以便接收机能够保持与发射机的链接和估计信道状态信息。对于一个给定的信号处理方案，功率控制能够维持这种连接性。

博弈论是建模自私用户之间的相互作用和预测它们策略选择的一种强大工具，博弈论能够为异构网络中的功率控制提供良好的模型。

目前，基于博弈论这一经济模型的功率控制已经逐渐受到学术界和产业界的关注。现有的研究方法一般把功率控制问题建模为一个非协作博弈模型NPG(Non-cooperative PowerControlGame)。其中，效用函数既反映了用户通过使用系统资源所获得的满意度水平，也体现了使用该资源的代价，在博弈中，每个用户都是最大化自己的效用函数，不考虑对其它用户的影响，通过博弈得到纳什均衡解。此外，为了优先保证宏用户的性能，现有的功控方法在纳什均衡以后，进一步使用了宏用户链路质量保护方法。

通常情况下，博弈功率控制问题一般是通过纳什均衡来求解，然而纳什均衡解是一个低效率的解，并不一定是最优的。具体到异构网络的博弈功率控制算法，低效率问题主要体现在功率分配结束以后，依然有很多用户尤其是家庭用户不能满足他们的最低通信要求，比如信干燥比，也就是说，均衡以后，有很多用户的功率分配是失败的。

此外，现有的宏用户链路质量保护方法虽然能够优先保证宏用户满足其最低通信要求，但是这种方法是以牺牲家庭用户的性能为代价的，这就导致了更多的家庭用户不能满足他们的最低通信要求。

所以针对现有研究方法中这两方面的问题，本发明提出了一种高效的博弈功率控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种在异构网络中利用博弈论进行高效功率控制的方法，即一种异构网络中基于博弈论的高效功率控制方法。本发明方法引入了用户选择和信道重分配方法，通过对功率迭代公式结构的改造，从根本上降低了最后不满足信干噪比目标值的家庭用户的百分比。并且本发明方法还提出了一种新颖的基于家庭用户信干噪比的宏用户链路质量保护方法，该方法在保证宏用户性能的基础上，进一步降低了低于信干噪比目标值的家庭用户的百分比。

为了达到上述目的，本发明提供了一种异构网络中基于博弈论的高效功率控制方法，用于下述场景：一个包括一个中心宏小区和多个家庭小区这样的通信系统，在每一个信号时隙每个小区中只有一个活跃用户被调度，宏用户和这些家庭用户共用同一个信道；宏用户和家庭用户分别均匀分布在宏小区和家庭小区中；其特征在于：所述方法包括下列两个操作步骤：

(1)用户选择和信道重分配阶段：根据用户的信道增益，提出的方法把所有家庭用户分为两类：合格用户和干扰用户