一种基于相等信干噪比的反向功率控制算法-AET-电子技术应用

一种基于相等信干噪比的反向功率控制算法

来源：电子技术应用2013年第10期

张文军1，周怀北2，朱星宇1

1. 武汉大学物理科学与技术学院，湖北武汉430072； 2. 武汉大学国际软件学院，湖北武汉430072

摘要： 针对CDMA认知无线网络的反向链路，在不损害主用户通信的前提下，为次用户的数据通信设计一种新的功率控制算法。该算法以相等信干噪比为前提，使用基于能量效率的效用函数，求解相应的函数最大值问题。该算法复杂度低，用户公平性好，其功率解满足帕雷托有效性。仿真结果表明，与非合作博弈功率控制相比，该算法能有效提高CDMA系统中次用户的能量利用效率，并减轻次用户对主用户的干扰。

关键词： 无线网络码分多址认知无线电相等信干噪比效用函数

中图分类号： TN929.5
文献标识码： A
文章编号： 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

随着移动通信业务的飞速发展，频谱资源短缺与现有频谱使用率低之间的矛盾日益突出。认知无线电[1-2]被提出以提高现在及未来无线频谱的使用率。在不影响原有用户（主用户）的前提下，新用户（次用户）通过认知无线电技术使用主用户的频谱。功率控制是次用户与主用户实现频谱共享的技术难题之一。

   CDMA认知无线网络的功率控制问题得到较多研究[3-4]。本文针对CDMA认知无线网络的数据通信，为次用户设计了一种新的反向功率控制算法。该算法以相等信干噪比为前提，其功率解满足帕雷托有效性。仿真结果显示，与非合作博弈功率控制相比，该算法能有效提高次用户的能量利用效率，并减轻次用户对主用户的干扰。
1 CDMA系统的反向功率控制
    CDMA系统中,许多移动台在同一频段进行扩频通信，存在多址干扰,反向链路的“远近效应”更是一个突出问题。功率控制成为CDMA系统提高通信容量的关键技术。由于语音通信只要达到特定SINR门限就能满足通话要求，为了避免“远近效应”，其反向功率控制要求任一移动台的信号在到达基站接收机时，都具有相同的电平，而且刚刚达到SINR要求的门限[5]。
    对于数据通信，需要设计效用函数描述用户的满意度[6]。为提高移动台的能量利用效率，参考文献[6]提出基于帧重传机制的效用函数,表示消耗单位能量所获取的数据比特，原理式如下:

仿真结果如图3~图5所示，“等SINR”代指本文提出的反向功率控制算法。由图3可见，本文算法能够有效提高次用户的能量利用效率，即效用函数值。相比于NPG和NPGP，次用户的效用值分别平均提高约270%和20%。这是由于NPG 存在“囚徒困境”，而NPGP用户公平性较差。相比而言，本文算法用户公平性好(以相等SINR为前提)，而且其功率解经证明满足帕雷托有效性。

    图4、图5分别表示次用户和主用户的发射功率，由图可见,与NPG相比，本文算法可以有效减小次用户对主用户的干扰；与NPGP相比，本文算法通过适当加重对主用户的干扰(各主用户发射功率平均增加约17%)，使次用户获得了整体较高的效用值。此外，NPGP的均衡解随代价因子的调整而变化，稳定性差。
    除仿真结果以外，本文所提算法复杂度低，代码简短，不需要次用户进行博弈和调整代价因子，易于工程实现。
   本文针对CDMA认知无线网络的数据通信，以相等SINR为前提，使用基于能量效率的效用函数，为次用户设计了一种反向功率控制算法。该算法简单易行，用户公平性好，所得功率解满足帕雷托有效性。CDMA认知无线网络的正向功率控制将作为今后的研究方向。
参考文献
[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，邬国扬，李建东. 移动通信. 第四版[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，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.

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