一种D2D通信中基于超模博弈的功率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种D2D通信中基于超模博弈的功率控制方法，其特征是，包括如下步骤：1）建立基于超模博弈的系统模型；2）获得蜂窝用户、D2D用户对的终端功率的帕累托占优解。这种方法具有提升系统效用值、保持系统公平性的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种D2D通信中基于超模博弈的功率控制方法
本专利技术涉及蜂窝网络中D2D通信技术，具体是一种D2D(Device—to—DeviceCommunication，简称D2D)通信中基于超模博弈的功率控制方法。
技术介绍
蜂窝网络中引入D2D通信，在带来诸多优点的同时也面临着一些挑战，如会话建立、资源分配、功率控制和干扰协调等。D2D通信在一定程度上能解决无线频谱的匮乏，但其仍需在基站控制下复用小区资源，同时给系统带来干扰。D2D通信最主要的挑战是如何恰当地分配可复用的信道资源、传输功率及D2D链路和蜂窝链路的同信道干扰消除。在超模博弈中，终端的最优响应是随干扰者策略单调递增的。超模博弈最大意义在于它具有纳什均衡，并且可以确定一个纳什均衡的解集，两个纳什均衡点组成解集的上界和下界，超模博弈的简单性使得凸性假设和可微性假设不再必要。纳什均衡可以最大化每个参与博弈终端的效用值，但是对系统全局效用来说，往往不是帕累托有效的。若通过改变终端策略(新策略不同于纳什均衡)，可以在不降低某些终端效用值的前提下，提高其他终端效用值，并获得一个更优的全局有效策略组合，称为帕累托占优。根据上述理论，设计双层迭代最优价格均衡算法求解超模博弈，在外层迭代中求解超模博弈中最优价格cbest，在内层迭代中求解最优价格下的帕累托占优解pcbest，并证明了该博弈策略空间中最小功率矢量帕累托占优其它功率矢量。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，而提供一种D2D通信中基于超模博弈的功率控制方法。这种方法具有提升系统效用值、保持系统公平性的优点。实现本专利技术目的的技术方案是：一种D2D通信中基于超模博弈的功率控制方法，与现有技术不同的是，包括如下步骤：1)建立基于超模博弈的系统模型：系统模型其中K＝{1,2,…,K}表示蜂窝用户和D个D2D用户对的终端集合，是终端j∈κ的策略空间，p是策略集合的最小功率，是用户终端的最大发射功率，为终端效用函数，c为价格因子，在上行链路通信期间，由于D个D2D用户对共享蜂窝用户的信道资源，并对基站接收信号造成干扰，因此蜂窝用户信干噪比为：与此同时，蜂窝用户终端也会对D个D2D用户对的接收机产生干扰，相应的D2D用户对接收机信号的的信干噪比为：其中pk,pd和pd'分别代表蜂窝用户k和D2D用户d,d'的发射功率，gke为蜂窝用户到基站之间的信道增益，gde为第d个D2D对和基站之间的信道增益，gij表示不同用户间的信道增益，σ2表示接收端的热噪声功率，表示D对D2D对基站的干扰功率和，表示蜂窝用户和D2D用户d'∈D,d'≠d对的干扰功率和，每一个终端的最优策略是其他终端策略的响应函数即：根据纳什均衡下的取值得到不同用户的响应函数，蜂窝用户响应函数：D2D用户响应函数：终端的效用函数如公式(5)所示：多终端目标优化问题可以表示为：终端功率的帕累托占优解为：其中R是传输速率，为数据帧的准确接收概率，M为一帧比特数，γj为不同用户的信干噪比，即公式(1)或公式(2)，lj表示电池生存时间，使用Peukert’s定律C是电池容量，终端用户j的发射功率pj，电路消耗功率p0，工作电压V0，a是一个常数，是价格函数；2)获得蜂窝用户、D2D用户对的终端功率的帕累托占优解：使用双层迭代，在外层迭代中求解超模博弈中最优价格cbest，在内层迭代中求解最优价格下的帕累托占优解pcbest，包括：(1)初始化价格c，并将价格c的值广播给小区内所有终端，初始化所有终端的功率为并依据公式(5)得到初始效用(2)进入纳什均衡迭代，重新设置参数n＝0,并依据公式(5)计算每个终端效用，进行迭代更新功率，依据公式(7)得纳什均衡解p，重新计算所有终端功率更新后的效用值(3)如果则转到步骤(4)，否则转到步骤(5)；(4)c＝c+△c，转到步骤(2)；(5)cbest＝c+△c，pcbest＝p0，终止迭代；步骤2)中所述的纳什均衡迭代包括：(1)设置功率迭代序列初始化迭代次数n，原始功率截止系数为10-6到10-7之间的极小正数ε，用户最大发射功率(2)由响应函数公式(3)、公式(4)式更新功率序列值，计算最佳响应函数然后分配发射功率(3)若或者成立，转到步骤(4)；否则转到步骤(2)，继续循环；(4)如果成立，则否则保持不变，终止循环。求解最小功率p，博弈是超模博弈的条件是，效用函数在(pj,p-j)以及(pj,c)上具有非递减可微性，由非递减可微性条件得γj≥2lnM，当γj＝2lnM时是信干噪比变化率最大点，推导出策略集合的最小功率pj。定理1：在策略空间下的NPGP博弈是超模博弈，证明：(1)化简上式括号内的子式得：又在策略空间Pj下γj≥2lnM，故f”(γj)≤0，得证,即效用函数在(pj,p-j)上具有非递减可微性。(2)在上述策略空间中求做量替换令ε＝-c，有所以效用函数在(pj,c)也具有非递减可微性。综上效用函数在(pj,p-j)与(pj,c)上都具有非递减可微性，满足超模博弈的条件，定理1得证。超模博弈均衡解集中最小元素ps(c)＝p，可证明ps(c)为帕累托占优解，并且在该功率下终端的效用最大。本技术方案利用微观经济学的概念并使用超模博弈理论，将通信网络中的功率控制问题建模为经济学模型，得到有效的帕累托占优解。传统能效函数仅能表示瞬时数据流量，本技术方案改进效用函数，使其更加接近实际的指标，考虑终端电池的非线性效应，使效用函数包含遍历能效；然后在效用函数中加入定价机制，通过定价激励合作来提高系统性能，但是仍然保持功率控制解决方案的不合作性质。这种方法具有提升系统效用值、保持系统公平性的优点。附图说明图1为实施例中D2D通信的系统模型示意图；图2为实施例中五个终端效用和随价格c的变化曲线示意图；图3为实施例中总功率随D2D对数的变化曲线示意图；图4为实施例中总效用随D2D对数的变化曲线示意图；图5为实施例中信干噪比随D2D对数的变化曲线示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的内容作进一步的阐述，但不是对本专利技术的限定。实施例：一种D2D通信中基于超模博弈的功率控制方法，包括如下步骤：1)建立基于超模博弈的系统模型：如图1所示，系统模型其中K＝{1,2,…,K}表示蜂窝用户和D个D2D用户对的终端集合，是终端j∈κ的策略空间，p是策略集合的最小功率，是用户终端的最大发射功率，为终端效用函数，c为价格因子，在上行链路通信期间，由于D个D2D用户对共享蜂窝用户的信道资源，并对基站接收信号造成干扰，因此蜂窝用户信干噪比为：与此同时，蜂窝用户终端也会对D个D2D用户对的接收机产生干扰，相应的D2D用户对接收机信号的的信干噪比为：其中pk,pd和pd'分别代表蜂窝用户k和D2D用户d,d'的发射功率，gke为蜂窝用户到基站之间的信道增益，gde为第d个D2D对和基站之间的信道增益，gij表示不同用户间的信道增益，σ2表示接收端的热噪声功率，表示D对D2D对基站的干扰功率和，表示蜂窝用户和D2D用户d'∈D,d'≠d对的干扰功率和，每一个终端的最优策略是其他终端策略的响应函数即：根据纳什均衡下的取值得到不同用户的响应函数，蜂窝用户响应函数：D2D用户响应函数：终端的效用函数如公式(5)所示：多终端目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种D2D通信中基于超模博弈的功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)建立基于超模博弈的系统模型：系统模型

【技术特征摘要】
1.一种D2D通信中基于超模博弈的功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)建立基于超模博弈的系统模型：系统模型其中K＝{1,2,…,K}表示蜂窝用户和D个D2D用户对的终端集合，是终端j∈κ的策略空间，p是策略集合的最小功率，是用户终端的最大发射功率，为终端效用函数，c为价格因子，在上行链路通信期间，D个D2D用户对共享蜂窝用户的信道资源，并对基站接收信号造成干扰，蜂窝用户信干噪比为：蜂窝用户终端会对D个D2D用户对的接收机产生干扰，相应的D2D用户对接收机信号的的信干噪比为：其中pk,pd和pd'分别代表蜂窝用户k和D2D用户d,d'的发射功率，gke为蜂窝用户到基站之间的信道增益，gde为第d个D2D对和基站之间的信道增益，gij表示不同用户间的信道增益，σ2表示接收端的热噪声功率，表示D对D2D对基站的干扰功率和，表示蜂窝用户和D2D用户d'∈D,d'≠d对的干扰功率和，每一个终端的最优策略是其他终端策略的响应函数即：根据纳什均衡下的取值得到不同用户的响应函数，蜂窝用户响应函数：D2D用户响应函数：终端的效用函数如公式(5)所示：多终端目标优化问题可以表示为：终端功率的帕累托占优解为：其中R是传输速率，为数据帧的准确接收概率，M为一帧比特数，γj为不同用户的信干噪比，即公式(1)或公式(2)，lj表示电池生存时间，使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：李民政，苗春伟，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45