CDMA系统中基于博弈论的功率速率联合控制

作     者：王贻彬 

作者单位：复旦大学 

学位级别：硕士

导师姓名：倪卫明

授予年度：2014年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：CDMA系统 非合作博弈 时延花费 联合控制 上行链路 

摘      要：为了传输与接收多媒体信息,第三代移动通信系统(3rd-Generation,3G)需要提供高比特速率的业务。从理论上来说,频分多址(Frequency Division Multiple Access, FDMA)、时分多址(Time Division Multiple Aceess,TDMA)和码分多址(Code Divsioin Multiple Aceess, CDMA)都能应用在第三代移动通信中。由于在功率控制下的码分多址通信系统有一些特有的优点,如信道容量大、抗干扰性强以及传输功率小等。因而以WCDMA、CDMA2000为首的第三代移动通信系统都把CDMA技术作为其多址方案。由于多址干扰的原因,使得功率控制成为CDMA通信系统的关键技术。但是为了支持多业务的应用服务,单一的功率控制技术已难以进一步提高系统性能,联合功率控制成为近年来研究的热点。传统的功率控制方法是面向语音业务服务的,可分为集中式与分布式功率控制。集中式功率控制算法指出了功率控制算法性能理论上的上限,实际中采用分布式算法,并用迭代算法实现。CDMA系统中的联合功率控制过程可以看作是一个博弈过程,所有用户通过调整它的传输功率与传输速率来最大化自己的效用值,最后达到纳什均衡。本文先研究了CDMA蜂窝网下的功率控制问题,并提出了新的效用函数,相对于以往的效用函数,通过仿真表明,该算法使得用户在较小的功率下获得较高效用值。接着针对CDMA蜂窝系统中的多业务处理的飞速发展,采用非合作博弈(Non-cooperative Game, NG)理论实现功率与速率的联合控制(Joint Control of Power and Rate, JCPR)。并且提出了一种基于时延花费的代价函数,证明了该联合算法纳什均衡(Nash Equilibrium, NE)的存在性与唯一性。通过仿真表明,该算法使得用户在较小的功率下获得较高效用值,并且减少了用户的传输延时。最后研究了认知无线电中的联合功率和速率控制问题。将系统中的次级用户间的关系假定为非合作的竞争性关系,同时考虑次级用户对主用户的干扰容限,提出了基于次级用户的传输时延花费的非合作博弈联合功率速率控制算法,并证明了该算法的纳什均衡的存在性与唯一性。通过仿真表明,该算法使得用户在使用较小的传输功率的情况下获得较高效用值与较低的传输延时。同时使得次级用户对主用户的干扰小于干扰阈值。