本發(fā)明涉及認(rèn)知無(wú)線電
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體為一種分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用的頻譜拍賣(mài)出價(jià)優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
：隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及人們對(duì)于通信要求的不斷提高，無(wú)線頻譜缺資源日益緊缺，同時(shí)，現(xiàn)有頻帶使用不合理，頻譜擁堵與空閑頻譜共存，再加上信息傳輸過(guò)程中必然存在相互干擾，通信質(zhì)量亟待改善。因此，如何盡可能地提高現(xiàn)有頻譜資源的分配效率和使用效率，有效抑制用戶間的相互干擾，是長(zhǎng)期以來(lái)的研究熱點(diǎn)。分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用是一種有效的頻率復(fù)用技術(shù)，它將蜂窩小區(qū)劃分為小區(qū)中心和邊緣兩部分，通過(guò)給這兩部分分配不同的頻段實(shí)現(xiàn)小區(qū)中心和邊緣的干擾抑制，從而保障用戶的通信質(zhì)量。復(fù)用因子為3或7的分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用研究目前得到了廣泛的應(yīng)用。頻譜拍賣(mài)能有效幫助解決頻譜資源分配效率和使用效率低下的問(wèn)題，拍賣(mài)理論應(yīng)用于提高頻譜資源利用率已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。拍賣(mài)設(shè)計(jì)中的個(gè)人理性、預(yù)算均衡、激勵(lì)兼容和拍賣(mài)真實(shí)性等性能不斷得到改善，保障經(jīng)濟(jì)魯棒性、收益率、服務(wù)質(zhì)量的真實(shí)雙向頻譜拍賣(mài)不斷得到發(fā)展。但是現(xiàn)有頻譜拍賣(mài)方案中的出價(jià)方法大部分采用了某個(gè)區(qū)間的隨機(jī)值，沒(méi)有充分考慮到買(mǎi)家對(duì)頻譜的喜好度和信干噪比等因素，因此缺乏合理性。認(rèn)知異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的聯(lián)合預(yù)編碼與功率分配可以有效抑制非授權(quán)用戶對(duì)授權(quán)用戶的干擾和非授權(quán)用戶之間的相互干擾，提高吞吐量。因此本發(fā)明考慮在分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用場(chǎng)景下進(jìn)行聯(lián)合預(yù)編碼與功率分配設(shè)計(jì)對(duì)頻譜拍賣(mài)的出價(jià)進(jìn)行改進(jìn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用的頻譜拍賣(mài)出價(jià)優(yōu)化方法，以解決上述
背景技術(shù)：
中提出的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用的頻譜拍賣(mài)出價(jià)優(yōu)化方法，包括如下步驟：S1.建立分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用的頻譜拍賣(mài)模型，系統(tǒng)模型中包括有頻譜出租需求的賣(mài)家、控制整個(gè)拍賣(mài)過(guò)程的拍賣(mài)中間人和有頻譜資源需求的買(mǎi)家，賣(mài)家將自己待出租的頻段信息提交給拍賣(mài)中間人，拍賣(mài)中間人將待拍賣(mài)的頻譜資源匯總整理后放入頻譜池中供有頻譜需求的買(mǎi)家競(jìng)標(biāo)；S2.根據(jù)主用戶和次用戶共享頻譜資源時(shí)的干擾情況，以優(yōu)化的干擾價(jià)格因子ωk*為聯(lián)系紐帶，建立主用戶端收益最大化的目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行干擾價(jià)格因子的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并將這一最優(yōu)化的干擾價(jià)格因子廣播給拍賣(mài)中的次用戶；S3.通過(guò)優(yōu)化的干擾價(jià)格因子ωk*在分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用場(chǎng)景下進(jìn)行聯(lián)合預(yù)編碼與功率分配設(shè)計(jì)，根據(jù)分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用模型，將次用戶劃分為小區(qū)中心次用戶和小區(qū)邊緣次用戶并分別進(jìn)行分析，宏基站端待發(fā)射信號(hào)向量S＝[s1,s2,...,sM]T,其中T表示轉(zhuǎn)置，經(jīng)過(guò)預(yù)編碼后得到次用戶端待發(fā)射信號(hào)向量為X＝FPS，其中F＝[f1,f2,......,fk]是預(yù)編碼向量，fk表示第k個(gè)次用戶端的預(yù)編碼矩陣(1×M)，||fm||＝1，是發(fā)射功率矩陣，pk是對(duì)應(yīng)第k個(gè)次用戶的發(fā)射功率向量，經(jīng)信道發(fā)送后，在次用戶端，經(jīng)信道發(fā)送后，我們可以求得第k個(gè)次用戶的接收信號(hào)，主用戶的接收信號(hào)，第k個(gè)次用戶的信干比，并根據(jù)香農(nóng)公式求得次用戶的吞吐量表達(dá)式：C＝Bklog2(1+SINRk)；S4.對(duì)拍賣(mài)中次用戶的出價(jià)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，出價(jià)優(yōu)化的表達(dá)為：v＝γkBklog2(1+SINRk)其中γk表示次用戶k對(duì)某段頻譜的喜好度。優(yōu)選的，所述步驟S2中主用戶端在次用戶共享頻譜資源產(chǎn)生的干擾約束下追求收益Up最大化目標(biāo)函數(shù)表示為：Up=Σk=1KωkIk]]>s.t.Σk=1KIk≤Ith]]>其中ωk表示主用戶與次用戶k之間的干擾價(jià)格因子，Ik表示來(lái)自次用戶k的干擾，對(duì)于一個(gè)給定的干擾價(jià)格函數(shù)ωk和單位效用增益λk，通過(guò)KKT條件，求得次用戶優(yōu)化的功率分配表達(dá)式：pk=(λkωk|Hpfk|2-Σi=1,i≠kK1|Hkfi|2pi+|gk|2pp+σ2|Hkfk|2)+]]>將pk代入主用戶收益表達(dá)式和約束條件，從而得出優(yōu)化的代價(jià)函數(shù)ωk*：ωk*=Σk=1KλkIth+Σk=1K|Hp|2|Hk|2(Σi=1,i≠kK1|Hkfi|2pi+|gk|2pp+σ2).]]>優(yōu)選的，所述步驟S3中當(dāng)次用戶k分布在小區(qū)中心時(shí)，他受到來(lái)自除了他本身之外的其他次用戶的干擾、主用戶的干擾以及噪聲干擾，從而可以得到它的信干噪比表達(dá)式為：SINRk=pk|fkHk|2Σi=1,i≠kK1|Hkfi|2pi+|gk|2pp+σ2]]>其中pk表示第k個(gè)次用戶的功率向量，fk表示第k個(gè)次用戶的預(yù)編碼向量，Hk表示宏基站到次用戶k的信道狀態(tài)信息，gk家庭基站到次用戶k的信道狀態(tài)信息，加性高斯白噪聲的方差為σ2，次用戶與主用戶共享頻譜資源，勢(shì)必會(huì)給主用戶的通信帶來(lái)干擾，因此小區(qū)中心次用戶的效用UC需要減去支付給主用戶的報(bào)酬，具體表示為：UC＝log2(1+SINRk)-ωkIk＝log2(1+SINRk)-ωkpk|Hpfk|2其中SINRk表示第k個(gè)次用戶的信干噪比，ωkIk表示次用戶k需要支付給主用戶的報(bào)酬，由此，通過(guò)主用戶端得到的最優(yōu)干擾價(jià)格因子ωk*，可以得出在發(fā)射功率約束、干擾約束和單個(gè)用戶的信干噪比約束下，兼顧主用戶收益和次用戶效用最大化進(jìn)行聯(lián)合預(yù)編碼和功率分配的設(shè)計(jì)目標(biāo)G為：G=maxUCmaxUP]]>s.t.I=Σk=1K|Hpfk|2pk≤IthΣk=1Kpk≤pmaxSINRk≥γth]]>其中第一個(gè)約束條件表示所有次用戶對(duì)主用戶產(chǎn)生的干擾應(yīng)該低于主用戶可以忍受的干擾門(mén)限Ith，第二個(gè)約束條件表示次用戶的發(fā)射功率要低于發(fā)射功率的最大值pmax，第三個(gè)約束條件表示單個(gè)次用戶的信干噪比應(yīng)該高于門(mén)限值γth，同理，當(dāng)次用戶分布在小區(qū)邊緣時(shí)，由于分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用可以有效抑制同頻干擾，因此此時(shí)次用戶只接收到來(lái)自噪聲的干擾，其他的干擾可以忽略，我們可以得到邊緣次用戶的信干噪比表達(dá)式：SINRk=pk|fkHk|2σ2]]>小區(qū)邊緣次用戶的最終效用UE需要減去支付給主用戶的報(bào)酬，具體表示為：UE＝log2(1+SINRk)-ωkIk＝log2(1+SINRk)-ωkpk|Hpfk|2給定最優(yōu)干擾價(jià)格因子ωk*，可以得出邊緣次用戶在發(fā)射功率約束、干擾約束和單個(gè)用戶的信干噪比約束下，兼顧主用戶收益和次用戶效用最大化進(jìn)行聯(lián)合預(yù)編碼和功率分配的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)G為：G=maxUEmaxUP]]>s.t.I=Σk=1K|Hpfk|2pk≤IthΣk=1Kpk≤pmaxSINRk≥γth]]>其中第一個(gè)約束條件表示所有次用戶對(duì)主用戶產(chǎn)生的干擾應(yīng)該低于主用戶可以忍受的干擾門(mén)限Ith，第二個(gè)約束條件表示次用戶的發(fā)射功率要低于發(fā)射功率的最大值pmax，第三個(gè)約束條件表示單個(gè)次用戶的信干噪比應(yīng)該高于門(mén)限值γth。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明充分考慮了次用戶實(shí)際競(jìng)價(jià)時(shí)的喜好度、帶寬以及信干噪比等因素，同時(shí)兼顧了主用戶方的收益最大化和次用戶方的效用最大化的要求，結(jié)合復(fù)用因子為3的分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用模型，對(duì)分布在小區(qū)中心和邊緣的次用戶進(jìn)行了詳細(xì)的分析和預(yù)編碼與功率分配設(shè)計(jì)。本發(fā)明提出的方法容易實(shí)現(xiàn)，便于擴(kuò)展，與已經(jīng)提出的頻譜拍賣(mài)出價(jià)方法相比更貼近實(shí)際應(yīng)用，頻譜拍賣(mài)方法也具有更高的分配效率和和干擾抑制效果。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用場(chǎng)景下進(jìn)行頻譜拍賣(mài)的系統(tǒng)模型示意圖；圖2為本發(fā)明認(rèn)知MIMO系統(tǒng)模型示意；圖3為本發(fā)明分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用場(chǎng)景下的通信干擾示意圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請(qǐng)參閱圖1-3，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用的頻譜拍賣(mài)出價(jià)優(yōu)化方法，包括如下步驟：S1.建立分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用的頻譜拍賣(mài)模型，系統(tǒng)模型中包括有頻譜出租需求的賣(mài)家、控制整個(gè)拍賣(mài)過(guò)程的拍賣(mài)中間人和有頻譜資源需求的買(mǎi)家，賣(mài)家將自己待出租的頻段信息提交給拍賣(mài)中間人，拍賣(mài)中間人將待拍賣(mài)的頻譜資源匯總整理后放入頻譜池中供有頻譜需求的買(mǎi)家競(jìng)標(biāo)；S2.根據(jù)主用戶和次用戶共享頻譜資源時(shí)的干擾情況，以優(yōu)化的干擾價(jià)格因子ωk*為聯(lián)系紐帶，建立主用戶端收益最大化的目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行干擾價(jià)格因子的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并將這一最優(yōu)化的干擾價(jià)格因子廣播給拍賣(mài)中的次用戶，步驟S2中主用戶端在次用戶共享頻譜資源產(chǎn)生的干擾約束下追求收益Up最大化目標(biāo)函數(shù)表示為：Up=Σk=1KωkIk]]>s.t.Σk=1KIk≤Ith]]>其中ωk表示主用戶與次用戶k之間的干擾價(jià)格因子，Ik表示來(lái)自次用戶k的干擾，對(duì)于一個(gè)給定的干擾價(jià)格函數(shù)ωk和單位效用增益λk，通過(guò)KKT條件，求得次用戶優(yōu)化的功率分配表達(dá)式：pk=(λkωk|Hpfk|2-Σi=1,i≠kK1|Hkfi|2pi+|gk|2pp+σ2|Hkfk|2)+]]>將pk代入主用戶收益表達(dá)式和約束條件，從而得出優(yōu)化的代價(jià)函數(shù)ωk*：ωk*=Σk=1KλkIth+Σk=1K|Hp|2|Hk|2(Σi=1,i≠kK1|Hkfi|2pi+|gk|2pp+σ2);]]>S3.通過(guò)優(yōu)化的干擾價(jià)格因子ωk*在分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用場(chǎng)景下進(jìn)行聯(lián)合預(yù)編碼與功率分配設(shè)計(jì)，根據(jù)分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用模型，將次用戶劃分為小區(qū)中心次用戶和小區(qū)邊緣次用戶并分別進(jìn)行分析，宏基站端待發(fā)射信號(hào)向量S＝[s1,s2,...,sM]T,其中T表示轉(zhuǎn)置，經(jīng)過(guò)預(yù)編碼后得到次用戶端待發(fā)射信號(hào)向量為X＝FPS，其中F＝[f1,f2,......,fk]是預(yù)編碼向量，fk表示第k個(gè)次用戶端的預(yù)編碼矩陣(1×M)，||fm||＝1，是發(fā)射功率矩陣，pk是對(duì)應(yīng)第k個(gè)次用戶的發(fā)射功率向量，經(jīng)信道發(fā)送后，在次用戶端，經(jīng)信道發(fā)送后，我們可以求得第k個(gè)次用戶的接收信號(hào)，主用戶的接收信號(hào)，第k個(gè)次用戶的信干比，并根據(jù)香農(nóng)公式求得次用戶的吞吐量表達(dá)式：C＝Bklog2(1+SINRk)，步驟S3中當(dāng)次用戶k分布在小區(qū)中心時(shí)，他受到來(lái)自除了他本身之外的其他次用戶的干擾、主用戶的干擾以及噪聲干擾，從而可以得到它的信干噪比表達(dá)式為：SINRk=pk|fkHk|2Σi=1,i≠kK1|Hkfi|2pi+|gk|2pp+σ2]]>其中pk表示第k個(gè)次用戶的功率向量，fk表示第k個(gè)次用戶的預(yù)編碼向量，Hk表示宏基站到次用戶k的信道狀態(tài)信息，gk家庭基站到次用戶k的信道狀態(tài)信息，加性高斯白噪聲的方差為σ2，次用戶與主用戶共享頻譜資源，勢(shì)必會(huì)給主用戶的通信帶來(lái)干擾，因此小區(qū)中心次用戶的效用UC需要減去支付給主用戶的報(bào)酬，具體表示為：UC＝log2(1+SINRk)-ωkIk＝log2(1+SINRk)-ωkpk|Hpfk|2其中SINRk表示第k個(gè)次用戶的信干噪比，ωkIk表示次用戶k需要支付給主用戶的報(bào)酬，由此，通過(guò)主用戶端得到的最優(yōu)干擾價(jià)格因子ωk*，可以得出在發(fā)射功率約束、干擾約束和單個(gè)用戶的信干噪比約束下，兼顧主用戶收益和次用戶效用最大化進(jìn)行聯(lián)合預(yù)編碼和功率分配的設(shè)計(jì)目標(biāo)G為：G=maxUCmaxUP]]>s.t.I=Σk=1K|Hpfk|2pk≤IthΣk=1Kpk≤pmaxSINRk≥γth]]>其中第一個(gè)約束條件表示所有次用戶對(duì)主用戶產(chǎn)生的干擾應(yīng)該低于主用戶可以忍受的干擾門(mén)限Ith，第二個(gè)約束條件表示次用戶的發(fā)射功率要低于發(fā)射功率的最大值pmax，第三個(gè)約束條件表示單個(gè)次用戶的信干噪比應(yīng)該高于門(mén)限值γth，同理，當(dāng)次用戶分布在小區(qū)邊緣時(shí)，由于分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用可以有效抑制同頻干擾，因此此時(shí)次用戶只接收到來(lái)自噪聲的干擾，其他的干擾可以忽略，我們可以得到邊緣次用戶的信干噪比表達(dá)式：SINRk=pk|fkHk|2σ2]]>小區(qū)邊緣次用戶的最終效用UE需要減去支付給主用戶的報(bào)酬，具體表示為：UE＝log2(1+SINRk)-ωkIk＝log2(1+SINRk)-ωkpk|Hpfk|2給定最優(yōu)干擾價(jià)格因子ωk*，可以得出邊緣次用戶在發(fā)射功率約束、干擾約束和單個(gè)用戶的信干噪比約束下，兼顧主用戶收益和次用戶效用最大化進(jìn)行聯(lián)合預(yù)編碼和功率分配的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)G為：G=maxUEmaxUP]]>s.t.I=Σk=1K|Hpfk|2pk≤IthΣk=1Kpk≤pmaxSINRk≥γth]]>其中第一個(gè)約束條件表示所有次用戶對(duì)主用戶產(chǎn)生的干擾應(yīng)該低于主用戶可以忍受的干擾門(mén)限Ith，第二個(gè)約束條件表示次用戶的發(fā)射功率要低于發(fā)射功率的最大值pmax，第三個(gè)約束條件表示單個(gè)次用戶的信干噪比應(yīng)該高于門(mén)限值γth；S4.對(duì)拍賣(mài)中次用戶的出價(jià)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，出價(jià)優(yōu)化的表達(dá)為：v＝γkBklog2(1+SINRk)其中γk表示次用戶k對(duì)某段頻譜的喜好度。充分考慮了次用戶實(shí)際競(jìng)價(jià)時(shí)的喜好度、帶寬以及信干噪比等因素，同時(shí)兼顧了主用戶方的收益最大化和次用戶方的效用最大化的要求，結(jié)合復(fù)用因子為3的分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用模型，對(duì)分布在小區(qū)中心和邊緣的次用戶進(jìn)行了詳細(xì)的分析和預(yù)編碼與功率分配設(shè)計(jì)。本發(fā)明提出的方法容易實(shí)現(xiàn)，便于擴(kuò)展，與已經(jīng)提出的頻譜拍賣(mài)出價(jià)方法相比更貼近實(shí)際應(yīng)用，頻譜拍賣(mài)方法也具有更高的分配效率和和干擾抑制效果。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3