《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種基于相等信干噪比的反向功率控制算法
來源：電子技術(shù)應(yīng)用2013年第10期
張文軍1， 周懷北2， 朱星宇1
1. 武漢大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢430072； 2. 武漢大學(xué) 國際軟件學(xué)院，湖北 武漢430072
摘要： 針對CDMA認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的反向鏈路，在不損害主用戶通信的前提下，為次用戶的數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)一種新的功率控制算法。該算法以相等信干噪比為前提，使用基于能量效率的效用函數(shù)，求解相應(yīng)的函數(shù)最大值問題。該算法復(fù)雜度低，用戶公平性好，其功率解滿足帕雷托有效性。仿真結(jié)果表明，與非合作博弈功率控制相比，該算法能有效提高CDMA系統(tǒng)中次用戶的能量利用效率，并減輕次用戶對主用戶的干擾。
中圖分類號： TN929.5
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
文章編號： 0258-7998(2013)10-0105-04
An uplink power control algorithm based on equal SINR
Zhang Wenjun1, Zhou Huaibei2, Zhu Xingyu1
1. School of Physics and Technology, Wuhan University, Wuhan 430072, China； 2. International School of Software, Wuhan University, Wuhan 430072, China
Abstract： For data communication of secondary users in CDMA cognitive radio network, a new uplink power control algorithm was presented without disturbing primary users. The proposed algorithm is based on equal SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) and energy-efficient utility function to solve a corresponding maximization problem. The algorithm is of low complexity and good user fairness, and its power solution is Pareto efficient. The simulation results show that compared with power control based on non-cooperative game, the proposed algorithm can effectively improve energy efficiency of secondary users and reduce the interference upon primary users.
Key words : CDMA; cognitive radio; equal SINR; utility function; uplink power control

    隨著移動通信業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，頻譜資源短缺與現(xiàn)有頻譜使用率低之間的矛盾日益突出。認(rèn)知無線電[1-2]被提出以提高現(xiàn)在及未來無線頻譜的使用率。在不影響原有用戶（主用戶）的前提下，新用戶（次用戶）通過認(rèn)知無線電技術(shù)使用主用戶的頻譜。功率控制是次用戶與主用戶實(shí)現(xiàn)頻譜共享的技術(shù)難題之一。

    CDMA認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的功率控制問題得到較多研究[3-4]。本文針對CDMA認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信，為次用戶設(shè)計(jì)了一種新的反向功率控制算法。該算法以相等信干噪比為前提，其功率解滿足帕雷托有效性。仿真結(jié)果顯示，與非合作博弈功率控制相比，該算法能有效提高次用戶的能量利用效率，并減輕次用戶對主用戶的干擾。
1 CDMA系統(tǒng)的反向功率控制
    CDMA系統(tǒng)中,許多移動臺在同一頻段進(jìn)行擴(kuò)頻通信，存在多址干擾,反向鏈路的“遠(yuǎn)近效應(yīng)”更是一個突出問題。功率控制成為CDMA系統(tǒng)提高通信容量的關(guān)鍵技術(shù)。由于語音通信只要達(dá)到特定SINR門限就能滿足通話要求，為了避免“遠(yuǎn)近效應(yīng)”，其反向功率控制要求任一移動臺的信號在到達(dá)基站接收機(jī)時，都具有相同的電平，而且剛剛達(dá)到SINR要求的門限[5]。
    對于數(shù)據(jù)通信，需要設(shè)計(jì)效用函數(shù)描述用戶的滿意度[6]。為提高移動臺的能量利用效率，參考文獻(xiàn)[6]提出基于幀重傳機(jī)制的效用函數(shù),表示消耗單位能量所獲取的數(shù)據(jù)比特，原理式如下:
    


 



    仿真結(jié)果如圖3~圖5所示，“等SINR”代指本文提出的反向功率控制算法。由圖3可見，本文算法能夠有效提高次用戶的能量利用效率，即效用函數(shù)值。相比于NPG和NPGP，次用戶的效用值分別平均提高約270%和20%。這是由于NPG 存在“囚徒困境”，而NPGP用戶公平性較差。相比而言，本文算法用戶公平性好(以相等SINR為前提)，而且其功率解經(jīng)證明滿足帕雷托有效性。

    圖4、圖5分別表示次用戶和主用戶的發(fā)射功率，由圖可見,與NPG相比，本文算法可以有效減小次用戶對主用戶的干擾；與NPGP相比，本文算法通過適當(dāng)加重對主用戶的干擾(各主用戶發(fā)射功率平均增加約17%)，使次用戶獲得了整體較高的效用值。此外，NPGP的均衡解隨代價因子的調(diào)整而變化，穩(wěn)定性差。
    除仿真結(jié)果以外，本文所提算法復(fù)雜度低，代碼簡短，不需要次用戶進(jìn)行博弈和調(diào)整代價因子，易于工程實(shí)現(xiàn)。
    本文針對CDMA認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信，以相等SINR為前提，使用基于能量效率的效用函數(shù)，為次用戶設(shè)計(jì)了一種反向功率控制算法。該算法簡單易行，用戶公平性好，所得功率解滿足帕雷托有效性。CDMA認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的正向功率控制將作為今后的研究方向。
參考文獻(xiàn)
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