[发明专利]蜂窝网络终端直连中面向用户体验质量的功率控制方法

权利要求书

1.蜂窝网络终端直连中面向用户体验质量的功率控制方法，其特征在于：

在采用CDMA模式的单蜂窝小区系统中有N个主用户和M个D2D用户，每个D2D用户相应的调整自己的发射功率来最大化其以误码率作为衡量标准的用户体验质量，且通过背景干扰和噪声的联合功率要求低于限定值来保障主用户通信时的信干噪比，而系统需要根据D2D用户的数据流量传输速率进行计费，则所述方法可通过建立在满足干扰和噪声联合功率约束条件下基于误码率用户体验质量的发射功率分配对应的非合作博弈数学模型来表示：

其中，P∈[p_min,p_max]为D2D用户的策略空间，p表示用户的发射功率，p_min为最小发射功率，p_max为最大发射功率，h表示不同用户节点之间的信道增益，c表示扩频码之间的码相关系数，背景噪声功率为σ²，ρ为权重系数，σ_max为背景干扰和噪声的联合功率的限定值。

蜂窝网络中每个D2D用户在进行信息传输的过程中都期望其误码率尽可能小，这样才能获得比较满意的用户体验质量，同时也期望获得这种用户体验质量的条件下能够降低其流量传输速率的计费状况，则D2D用户的最终目标是能够以较小的发射功率为代价获得较高的用户体验质量，也即较低的误码率。同时，考虑到为避免D2D用户通信对主用户造成影响，保障主用户通信时的信干噪比，要求背景干扰和噪声的联合功率要求低于限定值σ_max，以此作为主用户在蜂窝小区中用户体验质量的衡量标准。在这个博弈模型中，每个用户的发射功率最终会达到均衡，即式(7)一定存在纳什均衡。

如果将纳什均衡功率表示为p*，那么系统中某D2D用户单独改变其发射功率，使其功率偏离这个均衡，它的代价都将增大，即：

其中表示除D2D用户i的发射功率之外的其他所有用户的发射功率向量。

为了求得纳什均衡时的发射功率，可对U_i(p)求p_i的导数并令其为0。考虑到对p_i求导的复杂性，可先通过D2D用户i的接收信干噪比γ_i替代p_i进行求导，如下所示：

其中，

考虑到x→0时，sinx≈x，且由幂级数的展开公式可知e^-x≈1-x+x²/2，由信号正确接收可知则由式(3)可得由一元三次方程的实数根可知：

其中，Δ₁＝-1+6τ，Δ₂＝2-18τ+54τ²

考虑到函数的凹凸性，可见式(4)中给出的γ_i对应为式(1)中U_i的最大值，可知D2D用户i此时处于纳什均衡，且U_i(p_i)最大，由式(4)可以给出D2D用户i发射功率的纳什均衡解

由于式(5)中I_i需考虑其他D2D用户的发射功率带来的干扰影响，且在式(1)中需满足p_i≤p_max，且在D2D用户i处则可以通过以下迭代过程求解D2D用户i发射功率的优化解：

(1)迭代轮数t置为0，初始化每个用户的发射功率，考虑到主用户带来的干扰不可控，但假设其他D2D用户取p_min时带来的干扰则最小，可见满足接收信干噪比所需要的D2D用户i发射功率也较小，由此可通过式(5)给出各D2D用户发射功率的初始值；

(2)判断此时D2D用户i处是否满足条件和p_i≤p_max，如果满足条件，则以Δp递增用户i的发射功率，否则不增加；

(3)通过式(1)计算比较当前t轮用户i的U_i^(t)(p_i)与t-1轮的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为设定的误差偏离值，则停止加大用户i的发射功率；

(4)完成全部D2D用户后通过式(5)更新全部D2D用户的发射功率，若全部D2D用户都不再加大发射功率则退出迭代过程，否则返回步骤(2)，且迭代轮数t加1。