[发明专利]一种基于博弈论的小蜂窝网络分布式能量分配方法

说明书

本发明公开了一种基于博弈论的小蜂窝网络分布式能量分配方法，该方法针对多小区LTE移动通信系统，提出了一种新的分布式功率分配方法，该方法在满足小区功率和发送速率的限制条件下，最大程度地提高小区的系统容量和能量损耗的比值，从而达到以更低的能耗提供更高速率的目的。该方法先建立了多蜂窝非合作博弈模型，证明了该系统模型纳什均衡点的存在，并提出了一种迭代式的资源分配算法，通过不断迭代小区在子载波上的功率来优化系统能效。仿真结果表明了该系统模型纳什均衡点的存在性并且说明了该算法收敛于纳什均衡点。

技术领域

本发明涉及的是一种无线网络中基于博弈论的小蜂窝网络分布式能量分配方法，属于通信技术领域。

背景技术

随着无线通信技术及智能手机等设备的快速发展，用户对带宽有了更高的需求，现代无线通信网络需要支持的数据负载量也以惊人的速度増长。越来越多的蜂窝网基础设施及巨大的负载量也导致了移动峰窝网中越来越多的能量消耗。但是如此巨大的能量消耗不但增加了运营商的运营成本，直接导致碳排放量的增加及生态环境的恶化。而小蜂窝网络(Small Cell Networks,SCNs)被认为是解决无线通信网络中高负载量与高能耗的十分有前景的技术。现有文献是针对小蜂窝网络能耗最小或提高数据传输速率为优化目标，并没有考虑如何折中系统能耗与数据传输速率。

我们对现有技术文献经对检索发现，Wibowo Hardjawana等人在《IEEE WirelessCommunications and Networking Conference(WCNC),pp.1882-1887,March.2015》上发表了题为“A distributed cooperative power allocation scheme for small cellnetworks”一文，该文提出了一种下行链路分布式功率分配算法，以最大限度地提高系统容量。但是此算法只是考虑如何提高系统的总能量，并未考虑系统损耗问题。

我们还检索发现，G.Bacci等人在《Tech.Rep,Jul.2014》上发表题为“Energy-aware competitive link adaptation in heterogeneous networks”一文，该文研究了在多用户多输入多输出(MIMO)系统中上行链路分布式功率控制的问题。然而该文的系统模型针对的是上行链路的情况，并没有考虑下行链路的分布式功率控制的问题。

经检索还发现，CONG Xiong等人在《IEEE.Press,pp.1-5,2011》上发表题为“Energy-efficient resource allocation in OFDMA networks”一文，该文提出的BPA算法有效地解决了固定子信道分配方案条件下的单小区能效优化问题。而没有考虑多小区情况，多小区网络的资源分配问题与单小区相比，最大的挑战在于多小区环境下的同频干扰。而本发明能够很好地解决上面的问题。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种基于博弈论的小蜂窝网络分布式能量分配方法，该方法在满足小区功率和发送速率的限制条件下，最大程度地提高小区的系统容量和能量损耗的比值，从而很好地达到以更低的能耗提供更高速率的目的。本发明根据现有的多蜂窝非合作博弈系统模型，证明了该系统模型纳什均衡点的存在，并提出了一种迭代式的资源分配算法，通过不断迭代小区在子载波上的功率来优化系统能效。本发明仿真结果表明了该系统模型纳什均衡点的存在性并且说明了该算法收敛于纳什均衡点。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于博弈论的小蜂窝网络分布式能量分配方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：计算每个用户到每一个小区的距离和每一个用户属于哪个小区；

步骤2：设每个小区分配功率初始值为0；

步骤3：根据已知模型求出每个小区的传输速率和消耗的总功率；

步骤4：根据分布式迭代算法求得λs，其中λs，为注水参数；