基于博弈论的多用户60GHz毫米波系统功率控制方法研究

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随着丰富多彩的多媒体通信业务的不断发展,如实时视频流传输业务、高清数字电视等,对无线通信技术的要求越来越高。60GHz毫米波频段以丰富的免授权频谱资源、高速率、宽带宽、良好的国际通用性、高安全性等诸多优势引起了国际国内通信领域工业界和学术界的极大关注,而与之相关的功率控制在无线资源分配中占有重要的地位,值得深入研究。本论文的研究点获得了国家自然科学基金的支持,具有非常重要的研究意义与前景。本文首先对60GHz毫米波系统特点进行深入分析研究,重点探讨了60GHz毫米波技术的无线资源管理机制。通过研究多用户的发射功率控制算法,引入非合作博弈算法来提高60GHz网络的吞吐量,降低发射功率。然而由于60GHz系统中不同SINR门限值对应于不同的调制机制和传输速率,如果使用传统的非合作博弈方式,将使得所有用户的目标SINR维持在最小SINR门限值,导致网络吞吐量降低。通过深入分析60GHz网络特点,针对此问题采取了分段多门限SINR的思想,由于sigmoid函数曲线和基于正确帧传输概率曲线拟合度高,因此可以用sigmoid函数替代传统意义的效用函数,最终提出了基于sigmoid函数的多SINR门限干扰抑制方案,该方案具有正确帧传输概率与调制编码方式无关的特点,且能够用60GHz毫米波系统中的三个不同的SINR门限值来选择不同调制编码方式。为了改善帕累托有效性,引入代价函数机制,并相应对代价函数进行SINR门限值分段处理。并证明了新定义的效用函数存在唯一的纳什平衡点,并且通过仿真表明该算法在提高网络吞吐量的同时降低了链路的中断概率,提高了通信质量。考虑到sigmoid函数指数级的运算会大大增加运算复杂度,因此有必要寻找一种新的函数替代sigmoid函数。根据博弈模型分析可知,定义的效用函数必须具有拟凹特性,因此本文引入了arctan函数。结合60GHz毫米波系统多SINR门限值的特点,对arctan函数进行了分段处理。同时通过引入分段代价函数机制,形成了本文提出的基于arctan函数的归一化分段函数的干扰抑制方案,该方案的特点是用arctan函数代替了基于物理意义的效用函数,运算简单,迭代次数低、收敛性好,并且能够以较低的发射功率提高网络吞吐量。
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