文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
文章編號(hào): 0258-7998(2013)10-0105-04
隨著移動(dòng)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(wú)線電[1-2]被提出以提高現(xiàn)在及未來(lái)無(wú)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(guò)認(rèn)知無(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)的功率控制問(wèn)題得到較多研究[3-4]。本文針對(duì)CDMA認(rèn)知無(wú)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(duì)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(dòng)臺(tái)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(gè)突出問(wèn)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(yǔ)音通信只要達(dá)到特定SINR門(mén)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(dòng)臺(tái)的信號(hào)在到達(dá)基站接收機(jī)時(shí),都具有相同的電平,而且剛剛達(dá)到SINR要求的門(mén)限[5]。
對(duì)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(dòng)臺(tái)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(jiàn),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(jiàn),與NPG相比,本文算法可以有效減小次用戶對(duì)主用戶的干擾;與NPGP相比,本文算法通過(guò)適當(dāng)加重對(duì)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(jià)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(jiǎn)短,不需要次用戶進(jìn)行博弈和調(diào)整代價(jià)因子,易于工程實(shí)現(xiàn)。
本文針對(duì)CDMA認(rèn)知無(wú)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(jiǎn)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(wú)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)
[1] MITOLA J III. Cognitive radio: an integrated agent architecture for software defined radio[D]. PH. D Thesis, KTH Roy Institute of Technology, 2000.
[2] HAYKIN S. Cognitive radio: brain-empowered wireless communications[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2005,23(2):201-220.
[3] YANG C, LI J. A game-theoretic approach to adaptive utility-based power control in cognitive radio networks[C]. IEEE,70th Vehicular Technology Conference Fall, Anchorage, Alaska, USA. 2009:1-6.
[4] BUZZI S, MEMBER S, SATURNINOV D. A game-theoretic approach to energy-efficient power control and receiver design in cognitive CDMA wireless networks[J]. IEEE J. Sel.Topics Signal Proc., Feb. 2011,5(1):137-150.
[5] 郭梯云,鄔國(guó)揚(yáng),李建東. 移動(dòng)通信. 第四版[M]. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2000:278-279.
[6] VIRAL S. Power control for wireless data based on utility and pricing [C]. In Ninth IEEE International Symposium 1998, PIMRC-3(8):1427-1432.
[7] WANG X, ZHU Q. Power control for cognitive radio base on game theory[C]. 2007 International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, (2007):1256-1259.