基于隐马尔可夫预测的非对称信息功率博弈的综述分析

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1、基于隐马尔可夫预测的非对称信息功率博弈的综述分析　　0引言　　当今无线通信领域的重点与难点是通过提高频谱利用率解决频谱资源缺乏的问题，尤其是当无线X络中节点以竞争的方式使用频谱资源时，如何协调它们的行为（比如发射功率、信道选择等），使资源得到有效利用以满足用户的需求是保障系统正常运行的关键[1-4]。　　功率控制机制由于能够有效避免对系统间、用户间的干扰，提高频谱和能量效率，是当前相关研究的重点和热点[1]。功率控制机制　　是在满足用户公平性的基础上，通过有效控制用户的发射功率，以满足用户的通信质量需求。文献[5]提出了能保证非授权用户公平性的双阈值自适应功率控制算法，该算法中

2、非授权用户通过限定最大和最低信噪比，在保证通信质量的前提下减小了功率的消耗；然而该模型需要中心节点向所有非授权用户广播信道状态，增加了信道开销。文献[6]考虑在保证授权用户通信质量的同时，非授权用户以最大传输速率与授权用户共享频谱资源。文献[7]考虑在AdHocX络中采用underlay式频谱共享模型情况下，提出了两种算法实现不同的优化目标，其中REPC算法提高了非授权用户的平均传输速率，EEPC算法降低了非授权用户的功率损耗。文献[8]提出了在AdHocX络中以最大化传输速率为目的的功率控制算法，非授权用户在授权用户未占用信道时会接入信道；但该模型中没有考虑检测误差的影响，其

3、假设非授权用户检测的信道状态信息是准确无误的，而这在目前的无线X络环境中是无法实现的。　　现有诸如以上的大多数文献中，在设计通信系统功率博弈机制时，都假设参与博弈的X络实体所获取环境信息是同质的，没有考虑用户信息的非对称性，而博弈中的信息对博弈结果有决定性的影响[9-10]。所谓信息的非对称性是指由于用户所处的环境差异和认知能力差异，即对同一个环境对象，用户的认知结果也不一样。本文提出了一种非对称信息环境中的功率博弈机制，以可用无线频域信道作为认知对象，针对不同用户对认知对象的感知差异，提出了一种基于隐马尔可夫的预测模型（HiddenMarkovPredictionModel，

4、HMPM）[11]来确保参与博弈的用户获得更多、更准确的关于竞争对手的信息，最终提升用户和系统的能量效率。文中对非合作功率博弈下纳什均衡的存在性与唯一性进行了证明，并通过仿真对算法进行了性能分析。　　1系统模型　　考虑一个码分多址（CodeDivisionMultipleAccess，CDMA）制式的中心辐射式X络[12]，该X络的某一小区内有若干授权用户和N个非授权用户。小区内存在两个基站分别为授权用户和非授权用户收发数据。将授权用户的X络建模为分时隙系统（SlottedSystem），频域信道是否被授权用户占用满足两状态马尔可夫链，频域信道状态在相邻两个时隙内以概率pij进

5、行转移[13]。非授权用户在检测到授权用户未占用频域信道时利用频域信道传输数据。将频域信道状态记为0、1两种状态，且在一个时隙内频域信道的状态不会改变。频域信道状态为1表示授权用户未占用信道，此时非授权用户可以利用信道传输数据；而状态为0则表示频域信道已被授权用户占用，非授权用户不能利用频域信道传输数据。由于X络中的各个非授权用户独自检测信道状态，导致非授权用户对频域信道状态的判决结果存在非对称性。　　系统帧结构如图1所示，每帧分为若干时隙。分布式功率控制机制可以分为基于干扰测量和基于信道增益估计两类[14]。前者需要经过多次测量值的反馈，以逐时隙或逐帧迭代的方式实现功率的调整

6、和收敛。本文将授权用户建模为分时隙系统，各时隙信道是否被授权用户占用会发生变化。同时由于信息非对称性，各时隙内参与博弈的非授权用户不同。因此，功率控制机制无法以逐时隙迭代的方式收敛。如果将整个功率控制过程在一个时隙内完成，又因为每个时隙的时长有限，完成多次闭环干扰测量和反馈的时间开销相对过大、同步难度高。因此本文采用基于信道增益估计的功率博弈机制，通过时隙内的迭代运算计算出功率博弈的均衡值。在此机制下，各帧中第一个时隙0用于估计每个非授权用户到基站的信道增益和背景噪声，并将这些信息由基站广播给非授权用户。本文通过带外控制信道的信标收发来估计信道增益[15]，为了确保带外控制信道

7、的可靠性，使用一个授权信道作为带外控制信道，非授权用户对该信道的访问不会干扰授权系统[16]。假设非授权用户的移动速度较慢，则一帧时间内信道增益不变。从第1时隙开始，各帧的第一部分用于感知信道是否被授权系统占用。若没有被占用，则进行基于HMPM的功率博弈实现分布式功率调整，接下来完成数据传输。　　设满意度系数为1.2，非授权用户数为15。图4给出了价格系数变化时容量与功率的比值变化关系。当价格系数增大时，非授权用户的平均容量与平均功率的比值增大。这是因为随着价格系数的增大，非授权用户对发射功