[发明专利]一种基于微分博弈的认知无线电系统功率控制方法

摘要

本发明涉及认知无线电、蜂窝移动通信领域，具体地说是涉及一种基于微分博弈的认知无线电系统功率控制方法。本发明所述的控制方法包括如下步骤：1)认知无线电系统模型的构建；2)功率削减代价函数与功率辐射危害代价函数的设计；3)功率控制的微分博弈模型的构建；4)反馈纳什均衡的求解。本发明方法较好描述了实际CR系统时间连续的动态特性，建立了CR系统功率控制的非合作微分博弈模型，提出了一种基于微分博弈的分布式非合作功率控制方法，获得了反馈纳什均衡解析解。本发明DNPCDG算法通过功率控制，有效抑制了认知用户间干扰，从而提高总吞吐量，改善系统性能。

主权项

1.一种基于微分博弈的认知无线电系统功率控制方法，其特征在于所述的功率控制方法包括如下步骤：1) 认知无线电系统模型的构建假设主用户primary user采用FDMA或TDMA多址方式，对于授权频谱资源，主用户不可能连续利用，故易产生可被认知用户重新利用的频谱空穴；假设位于该小区的n个认知用户组成以基站为中心的CR系统，认知用户集合为；在时间内，认知用户采用CDMA多址方式共享一段频谱空穴，处于静止或低速移动状态；在时刻，认知用户()的信干比SIR表示为，其中，为时刻认知用户的发射功率，，认知用户的最大发射功率是认知用户与CR系统基站距离的单调递增函数，假设，为功率调整因子，，其中为CR系统小区半径，由认知用户感知外部环境获得；为认知用户与CR系统基站间的信道增益，，其中为常量，取值范围为；为CR系统基站背景噪声功率且为常量；为扩频带宽，为信息传输速率，则扩频处理增益为；认知用户保证QoS的目标SIR为，则要求；假设在AWGN信道或瑞利衰落信道下，时刻认知用户的吞吐量为，其中，为常量；为保证认知用户产生的干扰不对主用户造成影响，认知用户在时刻发射功率应满足平均功率门限要求：；2) 功率削减代价函数与功率辐射危害代价函数的设计考虑认知用户的不同，引入2个代价函数和；为时刻认知用户的功率削减代价函数，表示为，为功率削减因子且；认知用户对主用户及其他认知用户造成的干扰影响表示为功率辐射危害代价函数，记为，其中，为功率辐射危害代价因子且，为时刻累积功率辐射量；3) 功率控制微分博弈模型的构建将功率辐射危害代价函数中理解为微分博弈的状态变量；认知用户的瞬时支付为，其中，为认知用户的控制；认知用户的支付函数为，其中，为贴现率；将2个代价函数代入式(5)，得；状态变量满足微分方程，其中，为功率辐射吸收因子且；4) 反馈纳什均衡的求解对于非合作功率控制微分博弈模型，为便于求解，放宽博弈时间间隔，讨论无限水平微分博弈，令；假设为反馈纳什均衡解析解，存在连续可微函数，，由微分博弈理论，可得微分方程；做最小化处理，得；将代入上述微分方程，得；求微分方程，得；进一步有；则非合作功率控制微分博弈反馈纳什均衡解为；认知用户的SIR为；系统总吞吐量为。