基于功率控制博弈的跨層干擾管理研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，大范圍的網(wǎng)絡(luò)覆蓋已得到基本解決，考慮到大量的語音業(yè)務(wù)與高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都發(fā)生在室內(nèi)，因此，提高室內(nèi)服務(wù)質(zhì)量和覆蓋率成為當(dāng)前無線通信領(lǐng)域研究的熱點問題之一。為了解決上述問題，人們提出了Femtocell技術(shù)，并與Macrocell形成兩層Femtocell網(wǎng)絡(luò)。然而，引入Femtocell會對Macrocell網(wǎng)絡(luò)帶來跨層干擾問題，影響整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的性能。功率控制可以作為一種有效的干擾管理手段，博弈論是研究決策者之間多

2、目標(biāo)優(yōu)化問題的有效手段，將二者結(jié)合能有效控制兩層網(wǎng)絡(luò)的跨層干擾。對于兩層Femtocell網(wǎng)絡(luò)的跨層干擾管理，須滿足:(1) Macrocell的傳輸性能不能受到Femtocell的影響;(2)在保證Macrocell性能的前提下，盡可能提升Femtocell的性能。
　　針對跨層干擾問題，本文首先采用非合作功率控制博弈機制。為滿足宏基站的QoS要求并減小跨層干擾，已有文獻提出了基于分布式效用函數(shù)的SINR自適應(yīng)算法。該算法通過宏

3、用戶及家庭用戶共同參與非合作博弈來競爭功率資源從而使各自的效用函數(shù)最大化。但是，該方案中的收益系數(shù)和懲罰系數(shù)均是固定的，限制了FBS的SINR性能。分析表明，兩種系數(shù)對納什均衡功率具有較大的影響。為了進一步改善FBS的SINR，我們提出效用系數(shù)優(yōu)化方案。首先研究了收益系數(shù)和懲罰系數(shù)對FBS的SINR性能的影響;通過進一步分析，發(fā)現(xiàn)在功率控制中家庭用戶被降低的功率越多，其FBS中斷概率越大。通過設(shè)定FBS的中斷概率的最小門限，并迭代優(yōu)化收

4、益系數(shù)及懲罰系數(shù)，從而在滿足宏基站QoS的前提下，進一步提高了FBS的SINR。仿真結(jié)果表明了所提效用系數(shù)優(yōu)化方案的有效性。
　　然而，非合作功率控制博弈中各用戶自私地最大化自己的效用會使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生更多的干擾，并且形成納什均衡的進退兩難的處境，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的整體性能會極大地惡化，因此采用Stackelberg博弈對家庭基站功率進行控制。已有文獻中，網(wǎng)絡(luò)功率控制器(NPC)作為領(lǐng)導(dǎo)者，F(xiàn)BS作為跟隨者，每個FBS需滿足對MUE造成的總

5、干擾條件和傳輸速率條件。NPC對每個FBS的單位功率消耗制定相同的價格，這樣就會使處在深衰落區(qū)的FBS不能滿足傳輸速率條件而被移除變?yōu)榉怯行BS，并且會使速率分配不均。為了增加有效FBS的數(shù)量并使速率分配更加公平，我們提出非統(tǒng)一定價機制，即除了考慮對MUE造成的總干擾條件之外也考慮了每個FBS對MUE造成的干擾，從而使NPC對不同F(xiàn)BS制定不同的價格。然后根據(jù)新價格和功率更新算法使價格得到收斂，進而得到Stackelberg均衡。最后