一種兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于斯坦伯格博弈論的非統(tǒng)一定價(jià)的功率控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于斯坦伯格博弈論的非統(tǒng)一定價(jià)的功率控制方法，具體步驟包括：(1)分別對(duì)家庭基站和宏基站建立效用函數(shù)模型；(2)分別對(duì)家庭基站和宏基站進(jìn)行優(yōu)化問題的建模，得到家庭基站和宏基站的優(yōu)化問題模型；(3)宏基站初始化干擾定價(jià)矩陣Λ＝[λ1,λ2 Λ λn]；(4)得到家庭基站、宏基站的發(fā)送功率、干擾定價(jià)矩陣的最優(yōu)解；(5)建立分布式的迭代算法進(jìn)行循環(huán)迭代，直至達(dá)到斯坦伯格博弈的均衡點(diǎn)。相較于統(tǒng)一定價(jià)方案，本發(fā)明提出的非統(tǒng)一定價(jià)方案約提升20％?30％的性能。
【專利說明】
-種兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于斯坦伯格博弈論的非統(tǒng)一定價(jià)的功 率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于斯坦伯格博弈論的非統(tǒng)一定價(jià)的功率控制 方法，屬于通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為一種能夠有效增強(qiáng)室內(nèi)信號(hào)覆蓋的技術(shù)，家庭基站引起了廣泛的關(guān)注。在改 善室內(nèi)覆蓋情況的同時(shí)，家庭基站的引入給原有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶來許多挑戰(zhàn):一方面，宏基站 的范圍內(nèi)有大量的家庭基站，從而增加整個(gè)系統(tǒng)能量的消耗;另一方面，由于頻譜資源的短 缺，家庭基站需要與現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)共享頻譜來提升頻譜的利用率，從而導(dǎo)致兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中 存在跨層干擾的問題。已有的研究結(jié)果表明，在家庭基站的部署過程中，能量的消耗W及跨 層干擾的問題需要引起足夠的重視。
[0003] 中國專利文獻(xiàn)CN104105193A公開了一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于Starcke化erg博弈的功 率分配方法，首先建立兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，然后利用Starke化erg博弈分別建立兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的 macro層的最優(yōu)化博弈模型和兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的Pico層的最優(yōu)化博弈模型；且Pico層作為領(lǐng) 導(dǎo)者，并設(shè)定pico層對(duì)macro層的干擾價(jià)格，pico層向macro層索價(jià)，macro層作為跟隨者;采 用拉格朗日乘子法對(duì)macro層的最優(yōu)化博弈模型求解得到macro層的最優(yōu)功率分配根據(jù) macro層的節(jié)能功率分配結(jié)果，采用拉格朗日乘子法對(duì)Pico層的最優(yōu)化博弈模型求解得到 Pico層的最優(yōu)功率分配。但是，該專利存在W下缺陷:在優(yōu)化的過程中采用干擾價(jià)格固定的 方式，沒有針對(duì)不同的macro層設(shè)定不同的干擾價(jià)格，在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，由于不同的對(duì) 象的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境存在一定的差異，因此需要針對(duì)不同的對(duì)象制定不同的干擾價(jià)格。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于斯坦伯格博弈論的 非統(tǒng)一定價(jià)的功率控制方法；
[0005] 本發(fā)明針對(duì)兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的下行鏈路環(huán)境，提供一種有效的最大化家庭基站W(wǎng)及 宏基站效用的功率控制方法。在能夠保證家庭用戶、宏用戶的QoS要求的前提下，利用斯坦 伯格博弈理論來最大化家庭基站W(wǎng)及宏基站的效用。
[0006] 術(shù)語解釋
[0007] 1、斯坦伯格博弈論，是指一種非合作博弈，在整個(gè)博弈的過程中參與者分為兩種 角色。一個(gè)或者多個(gè)參與者扮演"領(lǐng)導(dǎo)"，其他的參與者扮演"隨從者"。
[000引2、MBS，即宏基站，是指是指運(yùn)營商所部屬的傳統(tǒng)的基站。
[0009] 3、FBS，即家庭基站，是指在室內(nèi)環(huán)境中用戶所自己部署的微型基站。
[0010] 4、MUE:即宏用戶，是指在宏基站覆蓋范圍內(nèi)，與宏基站產(chǎn)生數(shù)據(jù)交流的用戶。
[0011] 5、即E，即家庭用戶，是指在家庭基站的覆蓋范圍內(nèi)，與家庭基站產(chǎn)生數(shù)據(jù)交流的 用戶。
[001^ 6、SINR:即信干燥比，是指信號(hào)與噪聲加干擾的比值；
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0014] -種兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于斯坦伯格博弈論的非統(tǒng)一定價(jià)的功率控制方法，兩層異 構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，中屯、位置部署一個(gè)宏基站，在其覆蓋范圍內(nèi)隨機(jī)分布著n個(gè)與其共享頻譜的家庭 基站W(wǎng)及m個(gè)活躍的宏用戶，ne {1，2，……N}，me {1，2，……M}，在每個(gè)家庭基站的覆蓋范 圍內(nèi)有f個(gè)活躍的家庭用戶，f EU，2,……F};假設(shè)本發(fā)明考慮的網(wǎng)絡(luò)模型位于郊區(qū)環(huán)境 中，家庭基站之間的距離較遠(yuǎn)，可W忽略了家庭基站之間的干擾。具體步驟包括：
[0015] (1)分別對(duì)家庭基站和宏基站建立效用函數(shù)模型；
[0016] (2)根據(jù)步驟（1)建立的效用函數(shù)模型，分別對(duì)家庭基站和宏基站進(jìn)行優(yōu)化問題的 建模，得到家庭基站和宏基站的優(yōu)化問題模型；
[0017] (3)宏基站初始化干擾定價(jià)矩陣A =[ Al，A2 A An]; An是指宏基站對(duì)第n個(gè)家庭基 站設(shè)定的干擾價(jià)格。
[0018] (4)根據(jù)步驟(3)中宏基站設(shè)立的初始化干擾定價(jià)矩陣，對(duì)步驟(2)建立的優(yōu)化問 題模型分別進(jìn)行求解，得到家庭基站、宏基站的發(fā)送功率、干擾定價(jià)矩陣的最優(yōu)解；
[0019] (5)步驟(4)中得到家庭基站、宏基站的發(fā)送功率、干擾定價(jià)矩陣的最優(yōu)解后，通過 建立分布式的迭代算法進(jìn)行循環(huán)迭代，直至達(dá)到斯坦伯格博弈的均衡點(diǎn)。
[0020] 在兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，宏基站與不同的家庭基站之間存在一個(gè)關(guān)于發(fā)送功率的 博弈的過程。針對(duì)此博弈過程，本發(fā)明利用斯坦伯格博弈理論進(jìn)行建模。在建立的斯坦伯格 博弈模型中，宏基站作為"領(lǐng)導(dǎo)者"，制定家庭基站對(duì)其產(chǎn)生的跨層干擾所要付出的代價(jià)--干擾定價(jià)，W及宏基站的功率策略;而家庭基站作為"隨從者"，根據(jù)宏基站設(shè)定的干擾價(jià)格 W及其需求來制定功率策略。家庭基站設(shè)定的功率策略將反過來影響宏基站的功率策略， 經(jīng)過多次迭代，最終達(dá)到一個(gè)斯坦伯格博弈均衡點(diǎn)。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(1)中，對(duì)宏基站建立的效用函數(shù)如式(I)所示：
[0022]
(I)
[0023] 式（I)中，Um( A，Pm，P)是指宏基站的效用是關(guān)于干擾價(jià)格矩陣A = [Al，A2 A入n]、 自身的發(fā)送功率口。、^及？的函數(shù)，？={口1，口2，1(，口。}，？是指不同的家庭基站的所采用的不同 的發(fā)送功率的集合，Pn表示第n個(gè)家庭基站的發(fā)送功率，gnm表示第n個(gè)家庭基站與第m個(gè)宏用 戶之間的信道增益，An表示干擾價(jià)格，效用函數(shù)的第一部分SnAnPngnm表示收取的來自所有 家庭基站對(duì)宏基站產(chǎn)生干擾的付費(fèi);Pm表示宏基站對(duì)第m個(gè)宏用戶的發(fā)送功率，iim表示宏基 站單位能量消耗所要付出的代價(jià)，效用函數(shù)的第二部分fcPm表示宏基站能量消耗所付出的 代價(jià)；
[0024] 步驟(1)中，對(duì)家庭基站建立的效用函數(shù)如式（E)所示：
[0025]
(E)
[00%]式（n )中，（Un( A，Pn)是指家庭基站的效用是關(guān)于干擾價(jià)格矩陣A = [Ai，A2 A 入n]、自身的發(fā)送功率Pn的函數(shù);rn表示第n個(gè)家庭基站中家庭用戶的SINR，效用函數(shù)的第一 部分l〇g2(l+rn)表示傳輸數(shù)據(jù)所得到的傳輸速率;效用函數(shù)的第二部分AnPng?表示第n個(gè)家 庭基站由于對(duì)宏基站產(chǎn)生干擾而支付的費(fèi)用;Wn表示家庭基站單位能量消耗所要付出的代 價(jià)，效用函數(shù)的第=部分WnPn表示家庭基站能量消耗所需要付出的代價(jià)。
[0027]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中，宏基站的優(yōu)化問題模型如式(虹)所示：
[002引
[0029] 式（m)中，rm表示第m個(gè)宏用戶的SINR，Rmin是指宏用戶所需要的最低吞吐量的要 求;是指家庭用戶所需要的最低吞吐量的要求;通過限制條件Cl,宏用戶吞吐量的要求 得到了保證;通過限制條件C2，家庭用戶吞吐量的要求得到了保證；
[0030] 步驟(2)中，家庭基站的優(yōu)化問題模型如式(IV)所示：
[0031] max Un( A ,Pn) = l〇g2(l+rn)-^nPngr?-linPn (IV)
[0032] s.t.pn>0 Cs O
[0033] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(4)中，具體步驟包括：
[0034] a、根據(jù)宏基站設(shè)立的初始化干擾定價(jià)矩陣，通過求解家庭基站的優(yōu)化問題模型， 得到家庭基站的發(fā)送功率的最優(yōu)解,//,，如式（V)所示：
[0035]
[0036] 式（V)表示高斯白噪聲;gmn是指宏基站到與第n個(gè)家庭用戶之間的信道增益； gn表示第n個(gè)家庭基站與其家庭用戶之間的信道增益；
[0037] b、根據(jù)宏用戶吞吐量的需求，即Cl,得到宏基站的發(fā)送功率的最優(yōu)解/?；：，如式(VI) 所示：
[00；3 引
[0039] 式(VI)中，gm表示宏基站與其第m個(gè)宏用戶之間的信道增益；
[0040] C、將家庭基站的發(fā)送功率的最優(yōu)解如,及宏基站的發(fā)送功率的最優(yōu)解Pl表示為關(guān) 于干擾定價(jià)矩陣A=[M，A2A An]的函數(shù)，如式(W)、式(M)所示：
[0043] 式(W)、式(M)中，Pm(A)是指宏基站的發(fā)送功率關(guān)于干擾定價(jià)矩陣A= [Al,入2八 入n]的函數(shù);Pn(A)是指家庭基站的發(fā)送功率關(guān)于干擾定價(jià)矩陣A =[Ai，A2 A An]的函數(shù)；
[0
[0
[0044]
[0045] d、將式（V)、式(VI)代入式（虹），并通過拉格朗日算法進(jìn)行求解，得到干擾定價(jià)矩 陣的最優(yōu)解r，如式(K)所示：
[0046]
[0047] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述分布式功率控制算法，具體步驟如下：
[004引e、初始化干擾定價(jià)矩陣A=[Ai，A2A An]W及迭代的次數(shù)；
[0049] f、在循環(huán)次數(shù)之內(nèi)，家庭基站根據(jù)式(M)更新發(fā)送功率；
[0050] g、在循環(huán)次數(shù)之內(nèi)，宏基站根據(jù)式(K)對(duì)每個(gè)家庭基站進(jìn)行干擾價(jià)格的更新；
[0051] h、在循環(huán)次數(shù)之內(nèi)，宏基站根據(jù)式(W)更新發(fā)送功率；
[0052] i、迭代次數(shù)增加1，重復(fù)步驟f、g、h，直至分布式功率控制算法收斂或者是到達(dá)最 大的迭代次數(shù)。
[0053] 本發(fā)明的有益效果為：
[0054] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明考慮了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，家庭用戶與宏用戶的吞吐量的 需求。本發(fā)明同時(shí)考慮到綠色通信的要求，為了降低整個(gè)系統(tǒng)的能量消耗，在家庭基站W(wǎng)及 宏基站效用函數(shù)的建立過程中，加入了家庭基站W(wǎng)及宏基站發(fā)送信號(hào)所需要消耗的能量， 從而可W避免宏基站為了從家庭基站獲得更多的增益而盲目的增加其發(fā)送功率，也可W避 免家庭基站為了提高系統(tǒng)容量而盲目的增加其發(fā)送功率，增強(qiáng)了基站效用函數(shù)的實(shí)用性， 降低了整個(gè)系統(tǒng)的能量消耗，本發(fā)明將提出的非統(tǒng)一定價(jià)方案與統(tǒng)一定價(jià)方案進(jìn)行了比 較，相較于統(tǒng)一定價(jià)方案，本發(fā)明提出的非統(tǒng)一定價(jià)方案約提升20%-30%的性能。
【附圖說明】
[0055] 圖1為兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)模型圖。
[0056] 圖2為本發(fā)明基于斯坦伯格博弈論的非統(tǒng)一定價(jià)的功率控制方法的流程框圖。
[0057] 圖3為本發(fā)明分布式功率控制算法的流程框圖。
[0058] 圖4為本發(fā)明提出的非統(tǒng)一定價(jià)的方案與統(tǒng)一定價(jià)方案的性能對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059] 下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步限定，但不限于此。
[0060] 實(shí)施例
[0061] -種兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于斯坦伯格博弈論的非統(tǒng)一定價(jià)的功率控制方法，兩層異 構(gòu)網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，中屯、位置部署一個(gè)宏基站，在其覆蓋范圍內(nèi)均勻分布著n個(gè)與其共享頻 譜的家庭基站W(wǎng)及m個(gè)活躍的宏用戶，ne U，2,……N}，me{l，2,……M}，在每個(gè)家庭基站 的覆蓋范圍內(nèi)均勻分布著f個(gè)活躍的家庭用戶，f E {1，2，……F};在宏基站與家庭用戶W及 家庭基站與宏用戶之間存在跨層干擾信號(hào)。假設(shè)本發(fā)明考慮的網(wǎng)絡(luò)模型位于郊區(qū)環(huán)境中， 家庭基站之間的距離較遠(yuǎn)，可W忽略了家庭基站之間的干擾。具體步驟包括：
[0062] (1)分別對(duì)家庭基站和宏基站建立效用函數(shù)模型；
[0063] (2)根據(jù)步驟（1)建立的效用函數(shù)模型，分別對(duì)家庭基站和宏基站進(jìn)行優(yōu)化問題的 建模，得到家庭基站和宏基站的優(yōu)化問題模型；
[0064] (3)宏基站初始化干擾定價(jià)矩陣A =[ Al，A2 A An]; An是指宏基站對(duì)第n個(gè)家庭基 站設(shè)定的干擾價(jià)格；
[0065] (4)根據(jù)步驟(3)中宏基站設(shè)立的初始化干擾定價(jià)矩陣，對(duì)步驟(2)建立的優(yōu)化問 題模型分別進(jìn)行求解，得到家庭基站、宏基站的發(fā)送功率、干擾定價(jià)矩陣的最優(yōu)解；
[0066] (5)步驟(4)中得到家庭基站、宏基站的發(fā)送功率、干擾定價(jià)矩陣的最優(yōu)解后，通過 建立分布式的迭代算法進(jìn)行循環(huán)迭代，直至達(dá)到斯坦伯格博弈的均衡點(diǎn)。本發(fā)明基于斯坦 伯格博弈論的非統(tǒng)一定價(jià)的功率控制方法的流程框圖如圖2所示。
[0067] 在兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，宏基站與不同的家庭基站之間存在一個(gè)關(guān)于發(fā)送功率的 博弈的過程。針對(duì)此博弈過程，本發(fā)明利用斯坦伯格博弈理論進(jìn)行建模。在建立的斯坦伯格 博弈模型中，宏基站作為"領(lǐng)導(dǎo)者"，制定家庭基站對(duì)其產(chǎn)生的跨層干擾所要付出的代價(jià)--干擾定價(jià)，W及宏基站的功率策略;而家庭基站作為"隨從者"，根據(jù)宏基站設(shè)定的干擾價(jià)格 W及其需求來制定功率策略。家庭基站設(shè)定的功率策略將反過來影響宏基站的功率策略， 經(jīng)過多次迭代，最終達(dá)到一個(gè)斯坦伯格博弈均衡點(diǎn)。
[0068] 步驟(1)中，對(duì)宏基站建立的效用函數(shù)如式(I)所示：
[0069]
(I)
[0070] 式（I )中，Um( A，Pm，P)是指宏基站的效用是關(guān)于干擾價(jià)格矩陣A = [Al，A2 A入n]、 自身的發(fā)送功率口。、^及？的函數(shù)，？={口1，口2，1(，口。}，？是指不同的家庭基站的所采用的不同 的發(fā)送功率的集合，Pn表示第n個(gè)家庭基站的發(fā)送功率，gnm表示第n個(gè)家庭基站與第m個(gè)宏用 戶之間的信道增益，An表示干擾價(jià)格，效用函數(shù)的第一部分SnAnPngnm表示收取的來自所有 家庭基站對(duì)宏基站產(chǎn)生干擾的付費(fèi);Pm表示宏基站對(duì)第m個(gè)宏用戶的發(fā)送功率，iim表示宏基 站單位能量消耗所要付出的代價(jià)，效用函數(shù)的第二部分fcPm表示宏基站能量消耗所付出的 代價(jià)；
[0071] 步驟(1)中，對(duì)家庭基站建立的效用函數(shù)如式（E)所示：
[0072] Un( A，Pn ) = 1 Og2 ( 1 +rn)-人nPng皿-JinPn (H)
[0073] 式（n )中，（Un( A，Pn)是指家庭基站的效用是關(guān)于干擾價(jià)格矩陣A = [Ai，A2 A 入n]、自身的發(fā)送功率Pn的函數(shù);rn表示第n個(gè)家庭基站中家庭用戶的SINR，效用函數(shù)的第一 部分l〇g2(l+rn)表示傳輸數(shù)據(jù)所得到的傳輸速率;效用函數(shù)的第二部分AnPng?表示第n個(gè)家 庭基站由于對(duì)宏基站產(chǎn)生干擾而支付的費(fèi)用;Wn表示家庭基站單位能量消耗所要付出的代 價(jià)，效用函數(shù)的第=部分WnPn表示家庭基站能量消耗所需要付出的代價(jià)。
[0074] 步驟(2)中，宏基站的優(yōu)化問題模型如式(虹)所示：
[0075]
[0076] 式（虹）中，rm表示第m個(gè)宏用戶的SINRjmin是指宏用戶所需要的最低吞吐量的要 求;Wf*是指家庭用戶所需要的最低吞吐量的要求;通過限制條件Cl,宏用戶吞吐量的要求 得到了保證;通過限制條件C2，家庭用戶吞吐量的要求得到了保證；
[0077] 步驟(2)中，家庭基站的優(yōu)化問題模型如式(IV)所示：
[007引 max Un( A ,Pn) = l0g2(l+：Tn)-^nPngraii-linPn (IV)
[0079] s.t.pn>0 Cs O
[0080] 所述步驟(4)中，具體步驟包括：
[0081] a、根據(jù)宏基站設(shè)立的初始化干擾定價(jià)矩陣，通過求解家庭基站的優(yōu)化問題模型， 得到家庭基站的發(fā)送功率的最優(yōu)解ft，如式（V)所示：
[0082]
[0083] 式（V)，〇2表示高斯白噪聲;gmn是指宏基站到與第n個(gè)家庭用戶之間的信道增益； gn表示第n個(gè)家庭基站與其家庭用戶之間的信道增益；
[0084] b、根據(jù)宏用戶吞吐量的需求，即Cl,得到宏基站的發(fā)送功率的最優(yōu)解/>1，如式(VI) 所示：
[0085]
[0086] 式(VI)中，gm表示宏基站與其第m個(gè)宏用戶之間的信道增益；
[0087] C、將家庭基站的發(fā)送功率的最優(yōu)解i?；；及宏基站的發(fā)送功率的最優(yōu)解iC表示為關(guān) 于干擾定價(jià)矩陣A = [M，A2 A An]的函數(shù)，如式(VD)、式(M)所示：
[0090] 式(VH)、式(VI)中，Pm( A )是指宏基站的發(fā)送功率關(guān)于干擾定價(jià)矩陣A = [Al,入2 A 入n]的函數(shù);Pn(A)是指家庭基站的發(fā)送功率關(guān)于干擾定價(jià)矩陣A =[Ai，A2 A An]的函數(shù)；
[i
[i
[0091]
[0092] d、將式（V)、式(VI)代入式（虹），并通過拉格朗日算法進(jìn)行求解，得到干擾定價(jià)矩 陣的最優(yōu)解斗:，如式(K)所示：
[0093]
[0094] 所述分布式功率控制算法，具體步驟如下：
[0095] e、初始化干擾定價(jià)矩陣A=[Ai，A2A An]W及迭代的次數(shù)；
[0096] f、在循環(huán)次數(shù)之內(nèi)，家庭基站根據(jù)式(M)更新發(fā)送功率；
[0097] g、在循環(huán)次數(shù)之內(nèi)，宏基站根據(jù)式(K)對(duì)每個(gè)家庭基站進(jìn)行干擾價(jià)格的更新；
[0098] h、在循環(huán)次數(shù)之內(nèi)，宏基站根據(jù)式(W)更新發(fā)送功率；
[0099] i、迭代次數(shù)增加1，重復(fù)步驟f、g、h，直至分布式功率控制算法收斂或者是到達(dá)最 大的迭代次數(shù)。
[0100] 本發(fā)明分布式功率控制算法的流程框圖如圖3所示。
[0101] 本發(fā)明提出的非統(tǒng)一定價(jià)的方案與統(tǒng)一定價(jià)方案的性能對(duì)比圖如圖4所示。相較 于統(tǒng)一定價(jià)方案，本發(fā)明提出的非統(tǒng)一定價(jià)方案約提升25%的性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于斯坦伯格博弈論的非統(tǒng)一定價(jià)的功率控制方法，兩層異構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)中，中屯、位置部署一個(gè)宏基站，在其覆蓋范圍內(nèi)隨機(jī)分布η個(gè)與其共享頻譜的家庭基站 W及m個(gè)活躍的宏用戶，ne{l，2,……N}，me{l，2,……M}，在每個(gè)家庭基站的覆蓋范圍內(nèi) 有f個(gè)活躍的家庭用戶，f E {1，2，……巧；其特征在于，具體步驟包括： (1) 分別對(duì)家庭基站和宏基站建立效用函數(shù)模型； (2) 根據(jù)步驟（1)建立的效用函數(shù)模型，分別對(duì)家庭基站和宏基站進(jìn)行優(yōu)化問題的建 模，得到家庭基站和宏基站的優(yōu)化問題模型； (3) 宏基站初始化干擾定價(jià)矩陣Λ = [λι，λ2 Λ λη] ;λη是指宏基站對(duì)第η個(gè)家庭基站設(shè)定 的干擾價(jià)格； (4) 根據(jù)步驟(3)中宏基站設(shè)立的初始化干擾定價(jià)矩陣，對(duì)步驟(2)建立的優(yōu)化問題模 型分別進(jìn)行求解，得到家庭基站、宏基站的發(fā)送功率、干擾定價(jià)矩陣的最優(yōu)解； (5) 步驟(4)中得到家庭基站、宏基站的發(fā)送功率、干擾定價(jià)矩陣的最優(yōu)解后，通過建立 分布式的迭代算法進(jìn)行循環(huán)迭代，直至達(dá)到斯坦伯格博弈的均衡點(diǎn)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于斯坦伯格博弈論的非統(tǒng)一定價(jià)的功 率控制方法，其特征在于，步驟(1)中，對(duì)宏基站建立的效用函數(shù)如式(I)所示： Um( Λ , Pm, P ) - Σ n、iPn邑nm-ymPm ( I ) 式（I)中，Um(Λ，Pm，P)是指宏基站的效用是關(guān)于干擾價(jià)格矩陣Λ=[λl，λ2Λλn]、自身的 發(fā)送功率Pm、W及P的函數(shù)，？={口1，口2，1(，口。}，？是指不同的家庭基站的所采用的不同的發(fā)送 功率的集合，Pn表示第η個(gè)家庭基站的發(fā)送功率，gnm表示第η個(gè)家庭基站與第m個(gè)宏用戶之間 的信道增益，λη表示干擾價(jià)格，效用函數(shù)的第一部分InAnPngnm表示收取的來自所有家庭基 站對(duì)宏基站產(chǎn)生干擾的付費(fèi);Pm表示宏基站對(duì)第m個(gè)宏用戶的發(fā)送功率，μ。表示宏基站單位 能量消耗所要付出的代價(jià)，效用函數(shù)的第二部分WmPm表示宏基站能量消耗所付出的代價(jià)； 步驟(1)中，對(duì)家庭基站建立的效用函數(shù)如式(II)所示： Un( Λ , Pn) - l〇g2 ( 1 甘η) -、iPn抑 m-ynPn (II) 式(II )中，（Un( A，pn)是指家庭基站的效用是關(guān)于干擾價(jià)格矩陣A = [λι，λ2 Λ λη]、自身 的發(fā)送功率Pn的函數(shù)Jn表示第η個(gè)家庭基站中家庭用戶的SINR，效用函數(shù)的第一部分l〇g2 (1+rn)表示傳輸數(shù)據(jù)所得到的傳輸速率;效用函數(shù)的第二部分AnPng?表示第η個(gè)家庭基站由 于對(duì)宏基站產(chǎn)生干擾而支付的費(fèi)用;μη表示家庭基站單位能量消耗所要付出的代價(jià)，效用 函數(shù)的第Ξ部分μηΡη表示家庭基站能量消耗所需要付出的代價(jià)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于斯坦伯格博弈論的非統(tǒng)一定價(jià)的功 率控制方法，其特征在于，步驟(2)中，宏基站的優(yōu)化問題模型如式(III)所示：式（m)中，rm表示第m個(gè)宏用戶的SINR，Rmin是指宏用戶所需要的最低吞吐量的要求； iCh是指家庭用戶所需要的最低吞吐量的要求； 步驟(2)中，家庭基站的優(yōu)化問題模型如式(IV)所示： max Un( A ,Ρη) = 1〇Κ2(1+：Τη)-ληΡηΚηιιι-μηΡη (IV) S . t . Pn > 0 Cso4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于斯坦伯格博弈論的非統(tǒng)一定價(jià)的功 率控制方法，其特征在于，所述步驟(4)中，具體步驟包括： a、 根據(jù)宏基站設(shè)立的初始化干擾定價(jià)矩陣，通過求解家庭基站的優(yōu)化問題模型，得到 家庭基站的發(fā)送功率的最優(yōu)解Λ,，如式（V)所示：式（V )，0嗦示高斯白噪聲;gmn是指宏基站到與第η個(gè)家庭用戶之間的信道增益;gn表示 第η個(gè)家庭基站與其家庭用戶之間的信道增益； b、 根據(jù)宏用戶吞吐量的需求，即Ci，得到宏基站的發(fā)送功率的最優(yōu)解如式(VI)所 示：式(VI)中，gm表示宏基站與其第m個(gè)宏用戶之間的信道增益； C、將家庭基站的發(fā)送功率的最優(yōu)解及宏基站的發(fā)送功率的最優(yōu)解貨1表示為關(guān)于干 擾定價(jià)矩陣A=[λl，λ2Λλn]的函數(shù)，如式(VII)、式(VΠI)所示：式(W)、式(Μ)中，Pm( Λ )是指宏基站的發(fā)送功率關(guān)于干擾定價(jià)矩陣Λ = [λι，λ2 Λ λη]的 函數(shù)；Ρη( Λ )是指家庭基站的發(fā)送功率關(guān)于干擾定價(jià)矩陣Λ =[λl，λ2Λλn]的函數(shù)；d、 將式（V)、式(VI)代入式（虹），并通過拉格朗日算法進(jìn)行求解，得到干擾定價(jià)矩陣的 最優(yōu)解2：·，如式(K)所示：5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于斯坦伯格博弈論的非統(tǒng)一定價(jià)的功 率控制方法，其特征在于，所述分布式功率控制算法，具體步驟如下： e、 初始化干擾定價(jià)矩陣Λ = [λι，λ2 Λ λη] W及迭代的次數(shù)； f、 在循環(huán)次數(shù)之內(nèi)，家庭基站根據(jù)式(VI)更新發(fā)送功率； g、 在循環(huán)次數(shù)之內(nèi)，宏基站根據(jù)式(K)對(duì)每個(gè)家庭基站進(jìn)行干擾價(jià)格的更新； h、 在循環(huán)次數(shù)之內(nèi)，宏基站根據(jù)式(W)更新發(fā)送功率； i、 迭代次數(shù)增加1，重復(fù)步驟f、g、h，直至分布式功率控制算法收斂或者是到達(dá)最大的 迭代次數(shù)。
【文檔編號(hào)】H04W52/26GK105848274SQ201610179846
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日
【發(fā)明人】袁東風(fēng), 王藝筱
【申請(qǐng)人】山東大學(xué)