基于博弈的多运营商LTE-U系统干扰管理方法

作     者：汪强 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：叶斌;胡新礼

授予年度：2017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：LTE-U系统 多运营商 博弈论 干扰管理 总效用 

摘      要：近年来,移动流量爆发式增长和高信息传输速率要求对当前移动通信网络造成巨大压力。在移动流量需求暴涨的今天,授权频段频谱资源匮乏已经日益显现。反观5GHz非授权频段,有近500MHz的频谱资源,目前仅有Wi-Fi使用。为了应对与日剧增的移动流量挑战,人们便把目光转向了非授权频段,通信行业的倡导者提出了LTE-U(LTE Advanced in Unlicensed Spectrum)的概念。目前大多数研究主要集中于单个运营商在非授权频段部署LTE。而当多运营商在非授权频段部署LTE-U系统时,倘若不同的运营商同时选择相同的信道服务用户,不仅可能会对Wi-Fi造成干扰,而且用户之间会造成巨大的同频干扰。因此,如何设计合理有效的干扰管理方法最大化LTE-U系统中的运营商与用户各自总效用至关重要。本文首先建立了一个Stackelberg博弈模型来分析多运营商在非授权频段服务多用户的相互作用过程,在博弈模型建立阶段引入了Wi-Fi接入点。运营商可以预测用户的可能动作,从而设定最优干扰惩罚价格以最大化他们从用户获得的收益。运营商通过设定干扰惩罚价格控制用户的发射功率,用户通过所有运营商发布的干扰惩罚价格调整发射功率,从而避免对Wi-Fi服务造成不可容忍的干扰。然后使用逆向归纳法从用户侧分析该Stackelberg博弈,在利用LTE-U的关键技术FDMA条件下,基于Gale-shapley分配博弈理论设计了一个用户和子频段信道匹配算法,使得多运营商服务多用户时避免同频干扰。最后,我们在运营商侧考虑所有运营商合作和非合作定价两种策略,都使得Stackelberg博弈达到均衡。仿真结果表明在控制对Wi-Fi的干扰、避免同频干扰的情况下,运营商合作定价策略有利于提升所有运营商和所有用户的各自总效用。