本發(fā)明屬于認(rèn)知無線電技術(shù)，特別是一種分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用場(chǎng)景下進(jìn)行頻譜拍賣的共謀抑制方法。

背景技術(shù)：

由于頻譜資源的日益短缺以及現(xiàn)有的頻譜資源分配不合理，使用效率較低，如何研究更科學(xué)合理的頻譜分配和復(fù)用方法已成為亟待解決的問題。現(xiàn)階段，拍賣理論應(yīng)用于頻譜分配領(lǐng)域已極大地提高了頻譜的分配效率，頻譜拍賣技術(shù)已成為研究的熱點(diǎn)。分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用技術(shù)通過將蜂窩小區(qū)劃分為小區(qū)中心和邊緣兩部分而成為一種高效的頻譜復(fù)用方法，該方法給小區(qū)中心和邊緣用戶提供不同的頻段，并且采用一定的復(fù)用因子使相鄰小區(qū)之間均采用不同的頻段，不但可以極大地提高頻率復(fù)用率，還可以有效地抑制小區(qū)邊緣與小區(qū)中心的干擾以及小區(qū)邊緣用戶之間的相互干擾。現(xiàn)階段將拍賣理論和分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行頻譜分配的研究已極大地提高了頻率利用率和分配效率。

但是，利用上述兩種技術(shù)進(jìn)行頻譜拍賣時(shí)，很少有學(xué)者研究這一拍賣過程中形成的共謀問題。頻譜拍賣的過程中，用戶之間的共謀行為將對(duì)整個(gè)拍賣結(jié)果產(chǎn)生影響，因?yàn)槊總€(gè)用戶都是自私且理性的，他們都是從提高自身利益的角度出發(fā)，在拍賣過程中可能會(huì)因此而發(fā)生欺詐和勾結(jié)，從而形成共謀。一旦共謀形成，拍賣將不能保證公平性，拍賣效率、系統(tǒng)收益和穩(wěn)定性也將受到影響。因此，解決頻譜拍賣中的共謀問題刻不容緩?，F(xiàn)階段對(duì)共謀的研究主要集中有：投標(biāo)環(huán)共謀、拍賣失敗者共謀、次級(jí)出租共謀以及贏家共謀。但是，目前還沒有分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用場(chǎng)景下進(jìn)行頻譜拍賣時(shí)的共謀抑制研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)階段的頻譜拍賣技術(shù)中廣泛存在的共謀現(xiàn)象，提出一種分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用場(chǎng)景下進(jìn)行頻譜拍賣時(shí)存在的共謀的抑制方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用場(chǎng)景下進(jìn)行頻譜拍賣時(shí)存在的共謀的抑制方法，包括如下步驟：

(1)在分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用的頻譜拍賣模型中，結(jié)合信號(hào)傳輸過程中的信干噪比及帶寬等因素，給出買家k對(duì)某個(gè)頻段j的出價(jià)表達(dá)式表示：vkj＝γkbklog2(1+sinrk)，其中，γk表示買家k對(duì)某段頻譜的喜好度，bk表示買家k的通信帶寬，sinrk表示買家k的信干噪比；

(2)設(shè)計(jì)能有效抑制競(jìng)標(biāo)失敗者共謀的出價(jià)方案，主要體現(xiàn)為依據(jù)分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用的性質(zhì)和頻率復(fù)用因子的數(shù)值，劃分同頻小區(qū)，并進(jìn)而形成非沖突買家小組，再以各個(gè)非沖突買家小組為新的競(jìng)標(biāo)人參與拍賣；拍賣開始前，非沖突買家小組內(nèi)部各個(gè)買家依據(jù)出價(jià)表達(dá)式給出出價(jià)信息；然后，計(jì)算非沖突買家小組w的整體出價(jià)，方法是bwj＝min{vkj}·l，k∈w，其中vkj表示買家j對(duì)頻段k的出價(jià)，l為非沖突買家小組內(nèi)部買家個(gè)數(shù)；為有效抑制失敗者共謀現(xiàn)象，給出改進(jìn)的小組出價(jià)表達(dá)式，即引入了非沖突買家小組w內(nèi)出價(jià)最低者的期望激勵(lì)i，且有：

其中表示買家小組j中出價(jià)的最低值。進(jìn)而給出非沖突買家小組w對(duì)頻段j的最終出價(jià)表示為：bwj＝min{vkj}·l-i，k∈w；

(3)建立能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)效用最大化的優(yōu)化問題，其目標(biāo)函數(shù)為：

其中，u(x)表示系統(tǒng)的效用函數(shù)，xwj表示分配向量，用于表示非沖突買家小組w競(jìng)拍頻譜j成功與否，只能取0或1，干擾約束條件表示為：它表示某個(gè)頻段j在一輪拍賣中至多分配給一個(gè)買家小組，其中awj指示買家小組w對(duì)頻段j的出價(jià)情況，只有在買家小組w對(duì)頻段j的出價(jià)大于保留價(jià)時(shí)才有awj＝1，否則為0；買家小組和各個(gè)賣家在拍賣中心的組織下根據(jù)系統(tǒng)效用最大化的目標(biāo)和干擾約束條件的限制進(jìn)行頻譜拍賣；

(4)通過納什均衡解的方式設(shè)計(jì)合理的支付機(jī)制抑制贏家小組之間為提高收益而達(dá)成的共謀。主要體現(xiàn)為：以最大化贏家小組內(nèi)部單個(gè)成員買家收益的乘積為目標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù)：

其中pk表示屬于贏家小組w的成員買家k對(duì)贏家小組贏得的頻段j的支付價(jià)格，vkj表示該成員買家的出價(jià)；約束條件表示為：∑k∈wpw＝u^*n-w，0≤pk≤vkj，其中u^*n-w表示非沖突買家小組中除了w小組之外的買家小組產(chǎn)生的系統(tǒng)效用值，它可以通過(4)中的目標(biāo)函數(shù)求得；該約束條件表示贏家小組w的支付總價(jià)格應(yīng)該等于其他買家小組所能創(chuàng)造的系統(tǒng)收益的值。通過求解該支付機(jī)制下的目標(biāo)函數(shù)可以求得具有共謀抑制作用的贏家小組內(nèi)單個(gè)成員買家的實(shí)際支付價(jià)格pk。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出的分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用的抑制共謀的頻譜拍賣方法不但可以實(shí)現(xiàn)拍賣過程中競(jìng)標(biāo)失敗的買家之間的共謀和贏家之間的共謀，還可以實(shí)現(xiàn)較高的頻譜分配效率和頻率復(fù)用率。

附圖說明

圖1為分?jǐn)?shù)頻率復(fù)用場(chǎng)景下進(jìn)行抑制共謀的頻譜拍賣示意圖；

圖2為分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用技術(shù)劃分同頻小區(qū)示意圖；

圖3為抑制共謀的頻譜拍賣流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

一種分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用場(chǎng)景下進(jìn)行頻譜拍賣時(shí)存在的共謀的抑制方法，包括如下步驟：

(1)建立分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用場(chǎng)景下進(jìn)行頻譜拍賣的系統(tǒng)模型，如圖1所示。假設(shè)有空閑頻譜出租的m個(gè)頻譜擁有者為賣家，他們可以貢獻(xiàn)的頻譜資源用{s1,s2,…,sm}表示，賣家為了抑制出價(jià)環(huán)共謀而對(duì)所有頻段設(shè)置的保留價(jià)記為{b1,b2,…,bm}，設(shè)有頻譜需求的n個(gè)次用戶為頻譜拍賣的買家，他們對(duì)所有頻段的出價(jià)情況表示為{v1,v2,…,vm}；

(2)結(jié)合信號(hào)傳輸過程中的信干噪比及帶寬等因素，給出買家在拍賣中的出價(jià)表達(dá)式。買家k對(duì)某個(gè)頻段j的出價(jià)表達(dá)式表示為：vkj＝γkbklog2(1+sinrk)，其中，γk表示買家k對(duì)某段頻譜的喜好度，bk表示買家k的通信帶寬，sinrk表示買家k的信干噪比。根據(jù)分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用場(chǎng)景的特殊性，當(dāng)買家位于蜂窩小區(qū)的中心時(shí)，sinrk表達(dá)式為：

當(dāng)買家位于蜂窩小區(qū)的邊緣時(shí)，

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；

(3)設(shè)計(jì)能有效抑制競(jìng)拍失敗者共謀的出價(jià)方案。在分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用場(chǎng)景下進(jìn)行頻譜拍賣時(shí)，首先依據(jù)分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用的性質(zhì)和頻率復(fù)用因子的數(shù)值，劃分同頻小區(qū)，在圖2中標(biāo)示相同數(shù)字的正六邊形就代表屬于一個(gè)同頻小組，分布在其中的買家即一個(gè)非沖突買家小組。每個(gè)非沖突買家小組內(nèi)部沒有干擾，可以共用同一段頻譜資源，但非沖突買家小組之間存在干擾，故每一輪拍賣中，一段頻譜只允許有一個(gè)非沖突買家小組競(jìng)拍成功，并且由于其它買家小組與贏家小組之間存在干擾，因此該頻段只能在贏家小組內(nèi)部共用，贏家小組成員若想私下出租，將會(huì)嚴(yán)重影響自身的通信性能，并且其它買家小組考慮到干擾關(guān)系，私下買進(jìn)贏家小組這一頻段的積極性不高，從而可以有效抑制次級(jí)出租共謀。拍賣開始前，非沖突買家小組內(nèi)部各個(gè)買家首先提交對(duì)某頻段j的出價(jià)，表達(dá)式為vkj＝γkbklog2(1+sinrk)，其中，主次用戶的sinrk依據(jù)分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用系統(tǒng)模型的位置分布不同而不同；然后，計(jì)算非沖突買家小組w的整體出價(jià)，方法是該小組內(nèi)所有買家k出價(jià)的最低值乘以小組長(zhǎng)度l，即：bwj＝min{vkj}·l，k∈w。由于每個(gè)小組中都存在出價(jià)最低的一個(gè)買家，相對(duì)于小組內(nèi)其他成員，該出價(jià)最低買家在本輪競(jìng)拍中所能獲得的利益最低，因?yàn)樗某鰞r(jià)就是拍賣中小組的出價(jià)，因此他很可能受到來自其他非沖突買家小組的利益蠱惑，如果其他非沖突買家小組支付給該出價(jià)最低者一定的報(bào)酬，誘導(dǎo)他降低自己的出價(jià)，那該出價(jià)最低者所在小組很可能因?yàn)樗鰞r(jià)的降低而在拍賣中失敗，這樣出價(jià)最低的買家就與其他非沖突買家小組達(dá)成了共謀，從中賺取報(bào)酬。為了有效抑制這一共謀現(xiàn)象，有效的解決方法就是在每一個(gè)非沖突買家小組內(nèi)部，優(yōu)先給每個(gè)出價(jià)最低者一定的報(bào)酬，降低該買家與其他小組共謀的概率。若用i表示小組w內(nèi)出價(jià)最低者的期望激勵(lì)，它是按比例抽取的該小組中所有買家的出價(jià)值，已知小組成員的出價(jià)都等于組內(nèi)成員出價(jià)的最低值，故i可以表示為：

其中表示買家小組j中出價(jià)的最低值。故非沖突買家小組w對(duì)頻段j的最終出價(jià)表示為：bwj＝min{vkj}·l-i，k∈w；

(4)各非沖突買家小組得出自己具有共謀抑制效果的出價(jià)bwj后提交給拍賣中間人，拍賣中間人統(tǒng)計(jì)各出價(jià)值和非沖突買家小組的個(gè)數(shù)n并決定每輪拍賣的贏家，為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)效用的最大化，建立系統(tǒng)效用最大化的目標(biāo)函數(shù)為：

其中，u(x)表示系統(tǒng)的效用函數(shù)，xwj表示分配向量，用于表示非沖突買家小組w競(jìng)拍頻譜j成功與否，只能取0或1，干擾約束條件表示為：它表示某個(gè)頻段j在一輪拍賣中至多分配給一個(gè)買家小組，其中awj指示買家小組w對(duì)頻段j的出價(jià)情況，只有在買家小組w對(duì)頻段j的出價(jià)大于保留價(jià)時(shí)才有awj＝1，否則為0。買家小組和各個(gè)賣家在拍賣中心的組織下根據(jù)系統(tǒng)效用最大化的目標(biāo)和干擾約束條件的限制進(jìn)行頻譜拍賣；

(5)通過納什均衡解的方式設(shè)計(jì)合理的支付機(jī)制以抑制贏家小組之間為提高收益而達(dá)成的共謀。通過納什均衡解來求解贏家支付，不但可以保證買家收益的帕累托最優(yōu)性，還能保證贏家之間支付的公平性，贏家支付將與他的出價(jià)相關(guān)，贏家如果想謀取更高的收益，則必須改變自己的出價(jià)，從而可能導(dǎo)致競(jìng)標(biāo)失敗，因此可以有效抑制贏家之間的共謀。在拍賣中競(jìng)標(biāo)成功的買家小組即贏家小組，贏家小組w的支付價(jià)格直接決定了賣家收益。根據(jù)納什均衡解的定義，以最大化贏家小組內(nèi)部單個(gè)成員買家收益的乘積為目標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù)：

其中pk表示屬于贏家小組w的成員買家k對(duì)贏家小組贏得的頻段j的支付價(jià)格，vkj表示該成員買家的出價(jià)。約束條件表示為：∑k∈wpw＝u^*n-w，0≤pk≤vkj，其中u^*n-w表示非沖突買家小組中除了w小組之外的買家小組產(chǎn)生的系統(tǒng)效用值，它可以通過(4)中的目標(biāo)函數(shù)求得。該約束條件表示贏家小組w的支付總價(jià)格應(yīng)該等于其他買家小組所能創(chuàng)造的系統(tǒng)收益的值。通過求解該支付機(jī)制下的目標(biāo)函數(shù)可以求得具有共謀抑制作用的贏家小組內(nèi)單個(gè)成員買家的實(shí)際支付價(jià)格pk。在分?jǐn)?shù)頻率復(fù)用場(chǎng)景下進(jìn)行共謀抑制的頻譜拍賣的整體過程如附圖3所示。

由于投標(biāo)環(huán)共謀可以通過設(shè)置合理的賣家保留價(jià)得到有效的抑制，故分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用場(chǎng)景下進(jìn)行頻譜拍賣時(shí)，在拍賣開始前，通過設(shè)置合理的賣家保留價(jià)就可以避免買家之間的惡意競(jìng)爭(zhēng)，因此投標(biāo)環(huán)共謀可以得到有效的抑制。同時(shí)，次級(jí)出租共謀是贏得某個(gè)頻段的買家再次出租該頻譜給另一非沖突的買家，從而賺取本該屬于該頻段擁有者的收益。由于分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用場(chǎng)景的特殊性，其在拍賣過程中，為了充分提高頻譜利用率和有效降低干擾，故劃分了非沖突買家小組，各個(gè)非沖突買家小組內(nèi)部的買家無干擾，而非沖突小組之間存在干擾，由于該拍賣過程是以非沖突買家小組作為虛擬買家進(jìn)行的，一次拍賣過程只能有一個(gè)贏得拍賣的非沖突買家小組，因此次級(jí)出租共謀在該場(chǎng)景下無法形成。故分?jǐn)?shù)階頻率復(fù)用場(chǎng)景下進(jìn)行頻譜拍賣時(shí)，主要解決上述競(jìng)標(biāo)失敗者之間形成的共謀和各個(gè)贏家之間為了提高自身收益而達(dá)成的共謀即可。

以上內(nèi)容對(duì)本發(fā)明的一種實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所做的均等變化或改進(jìn)等，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。