認知無線電網絡中的功率控制算法研究

【文章摘要】

近年來，在通信領域中，認知無線電網絡發展很快，且取得了較好的應用效果，在無線通信發展中具有較強的代表性。本文在無線電功率控制算法的基礎上，通過相應模型的建立，對認知無線電網絡中的功率控制算法給予探討。

【關鍵詞】

通信領域；認知無線電網絡；功率控制算法；電功率計算

隨著人們生活水平的提高，科學技術的不斷進步，人們越來越認可和接受無線電通信行業，在實際生活中，無線電高新技術的種類越來越多。在計算功率控制方面，常規認知無線電網絡過于繁瑣，且計算的準確性具有不穩定性，本文在博弈論的基礎上，對認知無線電網絡中的功率控制算法進行分析，不斷探索計算方式更為簡單、操作更為簡便的功率控制算法。

1 在博弈論的基礎上，無線電功率控制算法的基本現狀

隨著認知無線電網絡的發展，頻譜共享技術仍然是最為關鍵的，但頻譜共享的實施是建立在用戶正常通信行為的基礎之上。一般情況下，認知用戶的自身發射功率是影響頻譜共享正常實施的主要原因，因此，尋找有效的認知無線電功率控制算法，可以妥善解決此類問題。簡單來說，功率控制算法是指在特定的形式中，為了使認知用戶的聯合數據實現最大化傳輸，就應該對多個用戶的自身發射功率進行同時選擇。為了達到這一目的，就需要對所有用戶的發射頻率進行提升，但在提升過程中，雖然系統的總體性能完全具有提升部分用戶發射頻率的能力，但會給其他認知用戶帶來一定的負面影響，這是必須考慮到的。最好的方式就是一系列計算的基礎上，獲得聯合數據的傳輸速率。單從計算方面來說，此過程過于復雜，需要以博弈論為依據，對遺傳算法進行充分利用與結合，使兩組用戶之間形成博弈，進而建立一個相應的模型，在策略空間中，使用遺傳算法進行相應的搜索，已達到優化計算的目的，有利于大部分用戶自身發生功率的提升。

2 認知無線網絡中的幾種關鍵技術分析

2.1 空閑頻譜檢測

在認知無線電網絡使用之前，就需要對空閑頻帶傳播的相關信息進行充分利用。因此，在實際工作中，對空閑頻譜的檢測工作不能忽視。對空閑頻譜進行檢測時，如果沒有認知無線電用戶，物理層以上協議必須保持沉默，在這種方式的基礎上，可以在周圍無線環境中確保獲得的相應的頻譜功率，都來源于已知授權用戶。無線電環境會隨著時間的變化而變化，對于不同的授權用戶類型來說，發射頻率的損失也不一樣，想要頻譜實現感知功能，就必須具有較高的靈活性。可以使用各種方法，促進頻譜實施使用功率的提升，有效的檢測方法主要有干擾檢測、靜態循環特性檢測、合作探測、濾波器檢測及能量檢測等。

2.2 測發射功率控制

在認知無線電網絡中，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工作范圍內。在實際工作中，剩余用戶發射的功率是對用戶造成影響的主要因素，有效控制發射功率，可以較好地解決這一問題，經過實際檢驗，在博弈論和信息論的基礎上，都可以實現較好地控制。

2.3 頻譜分配

在頻譜分配過程中時，需要考慮三個問題：（1）在實際操作過程中，影響認知無線電網絡用戶的干擾因素；（2）無線電用戶之間存的干擾作用是相互的；（3）在認識無線電系統中，必須對用戶公平性和效益進行分析。

3 基于博弈論的算法分析

3.1 代價函數

首先選定一個小區，本小區的基本用戶情況為共有N 個用戶，每個用戶都具有自身收益，且發射功率會對用戶收益產生直接影響。為了提升SIR，增加自身發射功率是用戶比較常用的使用方法，進而產生相應的干擾，對剩余用戶的使用造成一定影響，使用戶的實際使用效率不斷降低，因此，相關研究人員的主要任務就是尋找較好的解決辦法，實行網絡收費，使我們的網絡環境秩序得以優化，而這一效果的實現可以依附于發射功率單調增函數。在對基站和用戶進行排序時，必須根據遠近，當用戶增益具有較好的路徑時，對剩余用戶將會產生較小的影響，如果用戶的增益屬于最差路徑，將會給剩余用戶帶來極大的危害。因此，在制定相應的收費標準時，具體的判定方式，可以依據危害程度來實現。隨著反射功率的變化，函數值也在不斷變化，在線性代價函數的基礎上，實現功率控制的影響。在設計函數時，需要對實際計算使用效率和復雜程度進行考慮，雖然已經設計了部分函數，但實際應用卻存在較多困難，最優函數的表達式：

且β 被定義為：

該函數與設計標準完全符合，但是計算過程比較復雜，在實際運行中，也與最初的目標相差很遠，因此，需要進行相應的改善，而函數優化規則的使用，具有較高的解決效果。

3.2 在認知用戶公平性的基礎上博弈模型的相關設計

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，常規狀態下，較多的懲罰主要用于增益效果較好的用戶。而易于實現代價函數的函數表達式為：，可以妥善處理這一問題，得到用戶的最低發射功率。式中，hi 表示用戶鏈路增益； 為常數，屬于比例函數，且在取值時，必須滿足下式： hi ≧ 1。反之，代價函數將會減小，不斷趨近于零，失去實際的使用意義。

3.3 最小發射功率的計算

在博弈論使用之前，需要建立相應的數學模型，將現實生活中所遇到的厲害沖突在模型中進行體現。在博弈論中，可以存在的主體比較多，在實際生活中，關于利益方面，沖突是不可少的，需要進行相應的優化決策，最大化實現某一主體利益。對矛盾之間的均衡問題進行相應的研究，選擇一個特定的主體后，充分應用博弈論思想，發表自己的見解，對兩者之間的相互作用及影響進行解決。

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

如果用戶最小發射功率為Pmin，由上式可得：

任意選定一個最初發射功率的最小值，如果存在，則有， 反之， ，可以有效保證用戶時間的信干比相等。在建立仿真平臺時，可以同時使用NPGP 和NPG 兩種方法，在這兩種模型的基礎上，實現各個數量關系之間的比較，比如信干比、自身收益函數和發射功率，經過比較可以發現，在NPGP 模型下，認知用戶的發射功率可以明顯改善， 且與NPG 模型相比，每個用戶的發射功率均比較低，對系統的總發射率可以進行有效改善，得到最大化收益和更高的使用價值，更好地將認知無線電網絡應用于實際生活中，為用戶提供最優化服務。

4 結束語

綜上所述，在當下社會背景下，認知無線電網絡具有較高的科技含量，但是， 隨著使用時間的增長，存在各種各樣的問題，文中通過對認知無線電網絡中的功率控制算法給予分析，促進認知無線網絡技術的不斷完善，更好地服務于社會經濟的發展。

【參考文獻】

[1] 張羽. 一種改進的認知無線電網絡博弈功率控制算法[J]. 計算機與現代化,2014(4).