家庭基站网络中的资源分配博弈算法.pdf

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2、sSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByChengYanliSupervisor:Prof.ZhuQiMarch2015*A%~m~~~~~~~~ft~A~~~m~T*ff~m~I~&~m~~~~~gmm~.~7~~~~~~~~~~-~~~*·~~~~§~~~AB~~~~-~tt~~~~*·&~~~~~~m*~~*~d~~ft•m~~~&~~~ffi~mtt~M~.~ft-~I~~~~M*~~

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4、~~~mbB.摘要下一代无线通信中，用户对数据速率和服务质量有更高的需求，而其中大部分的需求来自于室内用户。因为使用宏基站来改进室内覆盖的代价太大，故衍生了新的技术——家庭基站。家庭基站是低功率、低成本、覆盖范围小的微型基站，保证了室内覆盖的质量，提高了系统容量和频谱利用率。然而，家庭基站的引入会对原来的宏蜂窝网络有所影响，其中的干扰问题亟需解决。在宏基站与家庭基站构成的双层网络中，合理的资源分配方案可以减少干扰。本文对基于博弈论的家庭基站资源分配算法进行了研究，主要内容如下：（1）研究了家庭基站双层网络中，基于价格机制的功率控制算法

5、。宏基站层和家庭基站层之间采用频谱共享的组网方式，建立了斯坦克尔伯格博弈模型来分析这两层之间的策略关系。宏基站通过对家庭用户造成的干扰进行定价和收费来抑制家庭用户的发射功率，而家庭用户会根据干扰价格来确定功率策略，最终得到斯坦克尔伯格博弈均衡解。分别针对家庭基站稀疏部署场景和密集部署场景，分析了统一定价机制和非统一定价机制两种情况下的功率分配方案。（2）为了提高宏用户的性能，提出了一种联合功率控制和接入控制算法。基于斯坦克尔伯格博弈模型，将家庭基站作为领导层，宏用户作为从属层。家庭基站先进行功率控制博弈，功率控制子博弈以最大化家庭用户

6、的吞吐量为目标；随后宏用户会根据网络的状况，以最优化宏用户的吞吐量为目标进行接入控制子博弈，选择最优的基站来接入，并将接入策略反馈给家庭基站；两层之间博弈直至获得稳定的均衡解。仿真结果表明，该算法可以提高系统吞吐量，尤其是家庭基站附近的宏用户性能得到了改善。（3）提出了一种基于用户分类的信道分配博弈算法。首先考虑宏用户与家庭用户之间的跨层干扰，根据宏用户和家庭用户之间的干扰关系，可对宏用户进行分类并建立干扰矩阵，每个家庭基站根据此矩阵得到可用子信道集合，完成信道初分配的过程。然后，考虑各个家庭基站之间的同层干扰，构建了一个潜在函数，家

7、庭基站之间进行博弈，得出子信道策略。由于信道经过初次分配后，潜在博弈的可选策略集合的范围缩小了，从而该算法的复杂度大大降低。仿真结果表明，该算法既降低了复杂度，又保证了用户的吞吐量性能。关键词:家庭基站，博弈论，功率控制，接入控制，信道分配IAbstractUsersraisedemandsforhigherdatarateandbetterQoSinthenextgenerationofwirelessnetwork,mostofwhichmainlycomefromindoorusers.DuetothehighcostofMBS

8、,femtocelloccursasasupplementarytechnologytoimproveindoorcoverage.Becharacterizedaslow-power,low-costandsmallc