本发明专利技术的目的在于提供一种认知无线电中视频通信功率速率联合控制方法。该方法在主用户效用函数的提出中，考虑了次用户对其干扰和自身的收益,在次用户的构建中，针对次用户视频业务的特征，提出了针对视频业务的效用函数,该效用函数充分考虑了不同次用户在传输不同内容的视频时，对带宽和功率的需求不同这一特点，体现了认知无线电中资源分配的公平性和有效性,同时，在计算次用户功率单价时，是基于主用户效用最大这一原则的，这能够尽可能降低次用户对主用户的功率干扰。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信
，涉及一种认知无线电中视频通信功率速率联合控制方 法。
技术介绍
认知无线电在通信领域已经被公认为一种节约带宽资源的无线网络。它能够让用 户更加高效合理的利用无线资源。在认知无线电网络中，主用户被授权一定的带宽，一个或 多个次用户在主用户有频谱空闲时，自主感知其空闲带宽并在不干扰主用户自身业务的条 件下与之共享频谱。 如今已经有越来越多研宄认知无线电中传输数据的问题。在认知无线电中，控制 功率是提高网络资源再利用一个非常有效的方法。降低次用户的发射功率，不仅可以降低 主用户对次用户功率干扰，还可以延长次用户移动终端的电池使用寿命。在现有的一些资 源分配方法中，有各种不足，比如虽然都是认知无线电场景下功率和速率联合分配机制，但 都没有考虑特定的业务。如今视频业务越来越多，如视频聊天，网络会议等等，这些视频在 传输过程中会有特殊的要求，如对时延很敏感，需要考虑用户视觉感受等等。因此当传输视 频业务时，传统的联合功率速率控制方法将不再合适。当然，也有不少学者对特点的视频业 务进行资源分配的研宄。但美中不足的是，他们只考虑了视频传输过程在速率的控制，却没 有功率控制机制。在无线网传输视频中，合理的功率控制是至关重要的，它可以减少各用户 之间的干扰，提高视频的传输质量。因此，需要一种认知无线电场景下，针对视频业务的，能 够公平高效的分配传输资源的方法。 本专利技术在已有方法的基础上，提出了一种认知无线电传输视频的场景下，基于非 合作博弈的联合功率速率控制机制。该机制针对视频传输特点，提出了一种公平高效的次 用户博弈模型。该模型充分考虑了不同用户传输不同视频内容时，对速率的要求也不同这 一特点，以用户收到的视频质量作为次用户的收益，而不是仅仅以吞吐量作为次用户收益。 这体现出各次用户之间的公平性。同时，次用户的功率单价是主用户根据自身效用最大来 计算出来的，保证了主用户的收益。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的在于提供一种在认知无线电中视频通信功率速率联合控制的 方法。该方法能够在主用户效用最优的条件下，计算出惩罚因子，并将惩罚因子的值告诉 次用户，次用户根据此信息，彼此进行博弈，使得自身效用最优，最终确定各次用户的传输 速率和发射功率。 技术方案：本专利技术在于提出一种认知无线电传输视频的场景下，基于非合作博弈 的联合功率速率控制机制。该机制针对视频传输特点，提出了一种公平高效的次用户博弈 模型。该模型能够充分考虑了不同用户传输不同视频内容时，对速率的要求也不同这一特 点，以用户收到的视频质量作为次用户的收益，而不是仅仅以吞吐量作为次用户收益。这体 现出各次用户之间的公平性。同时，次用户的功率单价是主用户根据自身效用最大来计算 出来的，保证了主用户的收益。 本专利技术所涉及的认知无线电系统的网络结构图如图1所示。图中主用户为 被授权带宽为W(MHz)的频谱，主用户与主用户基站8\进行通信。同时次用户为SUpi = 1，2, ...，N，这N个次用户同时使用主用户授权的无线网中，与主用户频谱共享，并采用码 分多址（CDMA)方式与次用户基站BS s进行通信。 主用户自身会有业务，需要一定的带宽，同时也会有一定的剩余带宽量。主用户及 时将自己的带宽信息进行更新，次用户根据主用户更新的消息，利用主用户剩余带宽与其 进行带宽共享。同时，次用户在传输视频时，其发射功率会对主用户通信有一定的影响，所 以主用户需要对次用户发射功率进行收费，以限制次用户的干扰。主用户希望收益越高越 好，因此该惩罚是在保证主用户效用最大情况下，随次用户发射功率的增大而增大的。 次用户之间在共享带宽的过程中，都希望在更少的花费下可以得到更多的资源， 因此需要构建次用户效用函数来表示次用户的效用。次用户根据自身的效用函数和惩罚因 子的信息，彼此之间进行博弈，使得最终获得最大的效用，此时则可以得到各个次用户的传 输带宽和发射功率。 有益效果：本专利技术目的在于在认知无线电场景下，提供一种基于博弈论的视频传 输过程中联合功率速率控制策略。首先本专利技术考虑到了主用户的效用函数，能够使主用户 效用函数达到最大。其次，运用惩罚因子有效的降低了次用户的发射功率，从而降低次用户 对主用户的干扰。次用户效用函数的构建充分考虑了不同用户视频内容的特点，使资源分 配更加公平。【附图说明】 图1是系统的模型图。【具体实施方式】 1、定义效用函数 杂々主田户物田函救加下.(D 在（1)式中，第一项表示主用户对次用户干扰的惩罚总和，即为主用户收益。Itm 表示主用户的干扰目标值，次用户对主用户的干扰越大于该目标值，那干扰就越严重。第二 项的含义是次用户干扰对主用户性能的影响。 在求惩罚因子c时，要保证主用户的效用最大，因此将主用户的效用函数化对p i 求偏导，并将导数置〇,然后求出惩罚因子C。(3)因此：(4) 田⑷式口」有出，价格凼数⑵中的惩罚因子c，随次用户对主用户的干扰总和 Z/狀,?增大而增大。 /=1 由于视频业务的信息量较大，因此在传输之前要进行压缩。一般用率失真模型就 是用来描述压缩速率和视频失真之间的关系。本专利技术将采用两个参数的率失真模型，该 模型公式如下： D(R) =ae_EiE (5) 式中D是视频失真，R是该视频的压缩速率，而a和|3是视频特定的参数，不同 的视频内容，这两个参数值也不同。在实际情况中，更多时候用信噪比（PSNR)来描述视频 的质量，它与率失真之间的关系如下：(6) 定义次用户效用函数如下： 因此（8)中第一项是次用户i传输视频的收益，而第二项是他对主用户造成干扰 所要受到的惩罚。由前面分析可以知趕 2、博弈模型的建立 在实际传输过程中，为了保证视频能够大致被看清，每个用户都要有一个最低传 输速率和最小发射功率ifm。同时，为了节约网络资源，每个用户也有一个最高传输功 率尺max和最大发射功率次用户对主用户的总干扰也有一个界限值，总干扰不能超过 该界限Ith，并且，每个次用户也有一个最低信干比要求7广。因此，次用户博弈模型为： 3、纳什均衡唯一性和存在性证明 a、在本专利技术N个次用户参与的带宽过程中，每个次用户i都有一个最大、最小速率 限制，g卩i?,e?'$胃)和最大最小发射功率限制A_e(A_, Amax)，这显然非空且为凸集， 而在欧式空间Rn*，一个有界的闭集一定是紧集，因此可以得到该博弈论模型满足以上的 条件1。b、将式子（8)对氏和p i分别求一阶偏导可得： 将（11)式再对氏求导可得： 由（15)和（16)课看出，次用户的效用函数1^对1^和p i为凹函数，因此满足条件 2〇 综上所述，本专利技术次用户博弈模型存在纳什均衡解。 若在一个N人参与的博弈中，其最佳反映函数U(s) = {^(shUds)，...，^。)}满 足标准函数的定义：1、U(s)恒为正数；2、对于任意的s，若s彡s'，那么U(s)彡U(s'）；3、 对于任意的实数m> 1，有mU(s) >U(ms)。那么由上文方法证得的纳什均衡是唯一的。 上文已证明出该博弈模型存在纳什均衡，很明显本专利技术的博弈模型满足标准函数 的定义，因此可得该纳什均衡是唯一的。 频谱更新方法采用以下迭代方法： 步骤1 :由主用户效用最大，确定本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种认知无线电中视频通信功率速率联合控制方法，其特征在于具体方法为：a、确定主用户效用函数：定义主用户效用函数为其中i是指第i个次用户，c是主用户给次用户的功率惩罚因子，N为系统中的次用户总数，pi表示第i个用户的发射功率，gi是次用户i到主用户基站的信道增益，m是加权因子，Itar是主用户目标干扰值；b、求解功率惩罚因子：将主用户的效用函数Up对pi求导并置0，可求得惩罚因子c=2m(Σi=1Npigi-Itar);]]>c、确定次用户效用函数：定义次用户效用函数为usi=PSNRipi-cpigi=zi+βiRiloge(kγi)pi-cpigi,]]>其中PSNR是视频图像的峰值信噪比，用来描述视频的质量，zi＝2loge255‑logeai，ai和βi是和第i个用户所传输视频内容有关的参数，k为常数，γi是次用户接收信干比，Ri为第i个用户的传输速率，W为次用户与主用户共享的总带宽，hi是次用户i到次用户基站的信道增益，σ2是次用户接收端的背景噪声功率；d、确定次用户的传输速率和发射功率：步骤1：确定惩罚因子c=2m(Σi=1Npigi-Itar);]]>步骤2：t＝0，设置次用户i(i＝1,2,...,N)的初始传输速率和发射功率值pi(t),Ri(t)，pi(t)为第i个次用户第t次迭代的发射功率，Ri(t)为第i个次用户第t次迭代的传输速率；步骤3：t＝t+1，Ri(t+1)=max{Rimin,min(argmaxRiusi(pi(t),Ri(t)),Rimax)},]]>pi(t+1)=max{pimin,min(argmaxpiusi(pi(t),Ri(t)),pimax)};]]>步骤4：判断是否满足条件且|pi(t+1)‑pi(t)|≤ε，ε为迭代精度；步骤5：若满足上述要求，则迭代结束，否则返回步骤3。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱琦，刘春阳，朱洪波，杨龙祥，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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