認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的功率控制算法研究

【文章摘要】

近年來，在通信領(lǐng)域中，認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展很快，且取得了較好的應(yīng)用效果，在無線通信發(fā)展中具有較強(qiáng)的代表性。本文在無線電功率控制算法的基礎(chǔ)上，通過相應(yīng)模型的建立，對(duì)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的功率控制算法給予探討。

【關(guān)鍵詞】

通信領(lǐng)域；認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)；功率控制算法；電功率計(jì)算

隨著人們生活水平的提高，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們?cè)絹碓秸J(rèn)可和接受無線電通信行業(yè)，在實(shí)際生活中，無線電高新技術(shù)的種類越來越多。在計(jì)算功率控制方面，常規(guī)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)過于繁瑣，且計(jì)算的準(zhǔn)確性具有不穩(wěn)定性，本文在博弈論的基礎(chǔ)上，對(duì)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的功率控制算法進(jìn)行分析，不斷探索計(jì)算方式更為簡(jiǎn)單、操作更為簡(jiǎn)便的功率控制算法。

1 在博弈論的基礎(chǔ)上，無線電功率控制算法的基本現(xiàn)狀

隨著認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，頻譜共享技術(shù)仍然是最為關(guān)鍵的，但頻譜共享的實(shí)施是建立在用戶正常通信行為的基礎(chǔ)之上。一般情況下，認(rèn)知用戶的自身發(fā)射功率是影響頻譜共享正常實(shí)施的主要原因，因此，尋找有效的認(rèn)知無線電功率控制算法，可以妥善解決此類問題。簡(jiǎn)單來說，功率控制算法是指在特定的形式中，為了使認(rèn)知用戶的聯(lián)合數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)最大化傳輸，就應(yīng)該對(duì)多個(gè)用戶的自身發(fā)射功率進(jìn)行同時(shí)選擇。為了達(dá)到這一目的，就需要對(duì)所有用戶的發(fā)射頻率進(jìn)行提升，但在提升過程中，雖然系統(tǒng)的總體性能完全具有提升部分用戶發(fā)射頻率的能力，但會(huì)給其他認(rèn)知用戶帶來一定的負(fù)面影響，這是必須考慮到的。最好的方式就是一系列計(jì)算的基礎(chǔ)上，獲得聯(lián)合數(shù)據(jù)的傳輸速率。單從計(jì)算方面來說，此過程過于復(fù)雜，需要以博弈論為依據(jù)，對(duì)遺傳算法進(jìn)行充分利用與結(jié)合，使兩組用戶之間形成博弈，進(jìn)而建立一個(gè)相應(yīng)的模型，在策略空間中，使用遺傳算法進(jìn)行相應(yīng)的搜索，已達(dá)到優(yōu)化計(jì)算的目的，有利于大部分用戶自身發(fā)生功率的提升。

2 認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的幾種關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 空閑頻譜檢測(cè)

在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)使用之前，就需要對(duì)空閑頻帶傳播的相關(guān)信息進(jìn)行充分利用。因此，在實(shí)際工作中，對(duì)空閑頻譜的檢測(cè)工作不能忽視。對(duì)空閑頻譜進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，如果沒有認(rèn)知無線電用戶，物理層以上協(xié)議必須保持沉默，在這種方式的基礎(chǔ)上，可以在周圍無線環(huán)境中確保獲得的相應(yīng)的頻譜功率，都來源于已知授權(quán)用戶。無線電環(huán)境會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化，對(duì)于不同的授權(quán)用戶類型來說，發(fā)射頻率的損失也不一樣，想要頻譜實(shí)現(xiàn)感知功能，就必須具有較高的靈活性。可以使用各種方法，促進(jìn)頻譜實(shí)施使用功率的提升，有效的檢測(cè)方法主要有干擾檢測(cè)、靜態(tài)循環(huán)特性檢測(cè)、合作探測(cè)、濾波器檢測(cè)及能量檢測(cè)等。

2.2 測(cè)發(fā)射功率控制

在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中，主要有兩種控制方式：功率控制式和分布式，均屬于無線電通信系統(tǒng)工作范圍內(nèi)。在實(shí)際工作中，剩余用戶發(fā)射的功率是對(duì)用戶造成影響的主要因素，有效控制發(fā)射功率，可以較好地解決這一問題，經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)，在博弈論和信息論的基礎(chǔ)上，都可以實(shí)現(xiàn)較好地控制。

2.3 頻譜分配

在頻譜分配過程中時(shí)，需要考慮三個(gè)問題：（1）在實(shí)際操作過程中，影響認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)用戶的干擾因素；（2）無線電用戶之間存的干擾作用是相互的；（3）在認(rèn)識(shí)無線電系統(tǒng)中，必須對(duì)用戶公平性和效益進(jìn)行分析。

3 基于博弈論的算法分析

3.1 代價(jià)函數(shù)

首先選定一個(gè)小區(qū)，本小區(qū)的基本用戶情況為共有N 個(gè)用戶，每個(gè)用戶都具有自身收益，且發(fā)射功率會(huì)對(duì)用戶收益產(chǎn)生直接影響。為了提升SIR，增加自身發(fā)射功率是用戶比較常用的使用方法，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的干擾，對(duì)剩余用戶的使用造成一定影響，使用戶的實(shí)際使用效率不斷降低，因此，相關(guān)研究人員的主要任務(wù)就是尋找較好的解決辦法，實(shí)行網(wǎng)絡(luò)收費(fèi)，使我們的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境秩序得以優(yōu)化，而這一效果的實(shí)現(xiàn)可以依附于發(fā)射功率單調(diào)增函數(shù)。在對(duì)基站和用戶進(jìn)行排序時(shí)，必須根據(jù)遠(yuǎn)近，當(dāng)用戶增益具有較好的路徑時(shí)，對(duì)剩余用戶將會(huì)產(chǎn)生較小的影響，如果用戶的增益屬于最差路徑，將會(huì)給剩余用戶帶來極大的危害。因此，在制定相應(yīng)的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，具體的判定方式，可以依據(jù)危害程度來實(shí)現(xiàn)。隨著反射功率的變化，函數(shù)值也在不斷變化，在線性代價(jià)函數(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)功率控制的影響。在設(shè)計(jì)函數(shù)時(shí)，需要對(duì)實(shí)際計(jì)算使用效率和復(fù)雜程度進(jìn)行考慮，雖然已經(jīng)設(shè)計(jì)了部分函數(shù)，但實(shí)際應(yīng)用卻存在較多困難，最優(yōu)函數(shù)的表達(dá)式：

且β 被定義為：

該函數(shù)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)完全符合，但是計(jì)算過程比較復(fù)雜，在實(shí)際運(yùn)行中，也與最初的目標(biāo)相差很遠(yuǎn)，因此，需要進(jìn)行相應(yīng)的改善，而函數(shù)優(yōu)化規(guī)則的使用，具有較高的解決效果。

3.2 在認(rèn)知用戶公平性的基礎(chǔ)上博弈模型的相關(guān)設(shè)計(jì)

不同的用戶，存在著信道差異，從增益效果來說，有的用戶比較好，有的用戶比較差，本著公平的原則，常規(guī)狀態(tài)下，較多的懲罰主要用于增益效果較好的用戶。而易于實(shí)現(xiàn)代價(jià)函數(shù)的函數(shù)表達(dá)式為：，可以妥善處理這一問題，得到用戶的最低發(fā)射功率。式中，hi 表示用戶鏈路增益； 為常數(shù)，屬于比例函數(shù)，且在取值時(shí)，必須滿足下式： hi ≧ 1。反之，代價(jià)函數(shù)將會(huì)減小，不斷趨近于零，失去實(shí)際的使用意義。

3.3 最小發(fā)射功率的計(jì)算

在博弈論使用之前，需要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，將現(xiàn)實(shí)生活中所遇到的厲害沖突在模型中進(jìn)行體現(xiàn)。在博弈論中，可以存在的主體比較多，在實(shí)際生活中，關(guān)于利益方面，沖突是不可少的，需要進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化決策，最大化實(shí)現(xiàn)某一主體利益。對(duì)矛盾之間的均衡問題進(jìn)行相應(yīng)的研究，選擇一個(gè)特定的主體后，充分應(yīng)用博弈論思想，發(fā)表自己的見解，對(duì)兩者之間的相互作用及影響進(jìn)行解決。

在博弈論中，兩種最為經(jīng)典的模型就是NPGP 和NPG，兩種模型都具有納什平衡，兩種之間滿足的關(guān)系為：

如果用戶最小發(fā)射功率為Pmin，由上式可得：

任意選定一個(gè)最初發(fā)射功率的最小值，如果存在，則有， 反之， ，可以有效保證用戶時(shí)間的信干比相等。在建立仿真平臺(tái)時(shí)，可以同時(shí)使用NPGP 和NPG 兩種方法，在這兩種模型的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各個(gè)數(shù)量關(guān)系之間的比較，比如信干比、自身收益函數(shù)和發(fā)射功率，經(jīng)過比較可以發(fā)現(xiàn)，在NPGP 模型下，認(rèn)知用戶的發(fā)射功率可以明顯改善， 且與NPG 模型相比，每個(gè)用戶的發(fā)射功率均比較低，對(duì)系統(tǒng)的總發(fā)射率可以進(jìn)行有效改善，得到最大化收益和更高的使用價(jià)值，更好地將認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于實(shí)際生活中，為用戶提供最優(yōu)化服務(wù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)下社會(huì)背景下，認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)具有較高的科技含量，但是， 隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，存在各種各樣的問題，文中通過對(duì)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的功率控制算法給予分析，促進(jìn)認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷完善，更好地服務(wù)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 張羽. 一種改進(jìn)的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)博弈功率控制算法[J]. 計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化,2014(4).