基于合作眾包的異構網絡傳輸方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子與通信技術領域，尤其涉及基于合作眾包的異構網絡傳輸方法及 系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著通信技術的發(fā)展和無線通信以及其應用的普及，通信運營商在提高數(shù)據傳輸 速率方面，正在面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。為了應對無線通信高速率的要求，靈活多變的多層 網絡架構，即異構網絡，已被引入現(xiàn)有的蜂窩網絡中。然而，高密度的網絡部署會導致運營 商的成本增加（設備投資、運營與維護費用等等），網絡管理難度增加（基站的分布式部署、 設備的數(shù)目增加）和基站部署難度大（基站位置的選定、政策法規(guī)的限制），因此異構網絡 在某些情況下的經濟性和可行性還有待考量。

【發(fā)明內容】

[0003] 為了解決現(xiàn)有技術中的問題，本發(fā)明提供了一種基于合作眾包的異構網絡傳輸方 法。
[0004] 本發(fā)明提供了一種基于合作眾包的異構網絡傳輸方法，該方法包括基站和多個中 繼，基站發(fā)布傳輸任務和激勵，中繼根據基站的激勵調整其傳輸功率。
[0005] 作為本發(fā)明的進一步改進，中繼的目的是最大化其在放大和解碼轉發(fā)下的效用函 數(shù)U1,
[0009] 對于每一個中繼而言，它需要根據基站的激勵，決定其最優(yōu)的傳輸功率以達到最 大化其效用函數(shù)的目的。
[0010] 作為本發(fā)明的進一步改進，中繼能夠得到解碼轉發(fā)情況下的最優(yōu)發(fā)射功率威：
[0012] 本發(fā)明還提供了一種基于合作眾包的異構網絡傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括基站和多個 中繼，基站發(fā)布傳輸任務和激勵，中繼根據基站的激勵調整其傳輸功率。
[0013] 作為本發(fā)明的進一步改進，中繼的目的是最大化其在放大和解碼轉發(fā)下的效用函 數(shù)U1,
[0017] 對于每一個中繼而言，它需要根據基站的激勵，決定其最優(yōu)的傳輸功率以達到最 大化其效用函數(shù)的目的。
[0018] 作為本發(fā)明的進一步改進，中繼能夠得到解碼轉發(fā)情況下的最優(yōu)發(fā)射功率篇：
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：綜上所述，本發(fā)明的目的在于設計一個協(xié)作通信模式下的 激勵機制，通過設計一個基于博弈論的激勵機制，通過給予中繼適當?shù)睦?，鼓勵中繼參與 到協(xié)作傳輸中，既能提高系統(tǒng)的頻譜利用率又能提高用戶和基站雙方的利益，達到一個基 站和中繼雙贏的狀態(tài)。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)模型圖。
[0022] 圖2是本發(fā)明的基站和中繼的效用函數(shù)圖。
【具體實施方式】
[0023] 本發(fā)明公開了一種基于合作眾包的異構網絡傳輸方法及系統(tǒng)，隨著一系列小體 積、功能強大的多頻、多標準的天線設備的出現(xiàn)，例如，阿爾卡特朗訊推出的新型無線接入 網絡方案設備lightRadio,在不久的將來，運營商可能與第三方利益團體，即小型無線接入 點的擁有者共同實現(xiàn)基站的部署。也就是說，數(shù)據的成功傳輸需要運營商與第三方利益團 體的合作。在一方面，此種合作機制可以有效地降低設備運營與維護成本并且減少系統(tǒng)維 護的難度；在另一方面，中繼，即無線接入點，可以從合作傳輸中獲得合理的報酬。在這種雙 贏的情況下，我們提出了一種基于"合作眾包"理念的異構網絡數(shù)據合作傳輸，即，運營商通 過支付第三方利益組織合理的利益來招募空閑的無線接入點參與合作傳輸。
[0024] 然而，在這種基于"合作眾包"理念的合作傳輸方式的廣泛應用需要運營商和第三 方利益機構共同解決。從運營商的角度來講，首先解決的問題就是如何選定和激勵招募的 中繼節(jié)點參與合作傳輸使得網絡的吞吐量和網絡的覆蓋范圍都可以有效提高，并且保證低 部署和維護費用。對于中繼節(jié)點來說，鑒于其屬于不同的利益團體，它們需要足夠的利益激 勵來參與合作傳輸。參與合作傳輸?shù)哪康闹皇窃谟邢薜膫鬏敽拖到y(tǒng)消耗的資源下，從合 作傳輸中獲得更大的利益。從運營商和中繼兩方面考慮，本發(fā)明旨在設計一個有效合作傳 輸?shù)臒o線網絡。
[0025]然而，現(xiàn)有的異構網絡無線合作網絡傳輸大多基于網絡頻譜效率或者能量效率的 最大化。在這種網絡結構中，傳統(tǒng)大功率基站與中繼同屬于運營商，中繼無條件的盡其所能 參與到合作傳輸，與此同時，運營商不需要支付第三方機構任何費用。為了解決此類問題， 本發(fā)明旨在提供一種解決此類傳輸?shù)姆桨浮?br>[0026]在此發(fā)明中，我們設計一種基于"合作眾包"的合作傳輸機制，此傳輸機制需要基 站和中繼共同合作，即基站所代表的運營商發(fā)布傳輸任務和激勵，中繼所代表的第三方利 益機構根據運營商的激勵調整其傳輸功率。為了充分利用網絡資源，我們設計了一種基于 斯塔克爾伯格博弈的激勵機制，在主從結構中，基站作為主而中繼作為從。每一個參與的中 繼均與其他中繼進行競爭在合作傳輸中所得到的利潤。為了確保系統(tǒng)的有效性，我們證明 了在中繼之間的納什均衡存在且唯一。為了能夠得到中繼之間穩(wěn)定的傳輸策略，我們給出 了一種可以得到斯塔克爾伯格均衡的算法。即基站可以最大化其效用函數(shù)，而中繼可以達 到唯一的在其他中繼策略不變情況下的最優(yōu)策略。
[0027] 如圖1所示，假設系統(tǒng)由一個基站，M(M多1)個用戶，和N(N多2)個招募的基站 組成，每一個基站為所有的用戶服務。假設每一個基站裝有一套收發(fā)設備，在一個時間段指 可以選擇發(fā)送和接收中的一個，即中繼處于半雙工狀態(tài)。在這里我們假設，每一個傳輸?shù)臅r 間幀都被均分成兩個階段，在第一個傳輸階段，基站給中繼傳輸，在第二個階段，中繼轉發(fā) 給用戶。我們假設用戶之間的頻率正交，例如采用OFDMA技術，而且已經采用已有的方式進 行載波分配。所有的用戶均在其接收端進行最大比值合并。
[0028] 從基站到中繼i的信道參數(shù)和從中繼i到用戶m，.的信道參數(shù)分別用和
-分別代表信干噪比，〇 2代表加性高斯白噪聲的方差。 這里假設信道由大尺度衰落和小尺度衰落組成，
[0030] 這里g=#1代表獨立同分布的小尺度衰落，其均值為0,方差為〇 sh，代表大 尺度衰落，其表達式為
[0032]c代表距離在<^^=1細時，信道衰落的中值，a為距離損耗，其范圍為2~5， 為傳輸距離。此外，為對數(shù)正態(tài)分布的陰影衰落參數(shù)，1〇以1(](^_}為0中 值，〇sh為方差的高斯分布隨機變量。
[0033] 示基站發(fā)射功率向量，用g表示基站向用戶m的發(fā)射功率。用 1^=作;'￥，_._4^)代表所有矩陣的發(fā)射功率，甙沉=('/^，-，/4))表示中繼向所有用 戶的發(fā)射功率向量，為中繼用于用戶m的傳輸所消耗的發(fā)射功率。用P4表示所有出中 繼i以外，所有中繼的發(fā)射功率。為了便于下文表述，我們也用1^=(1^1^)表示中繼發(fā)射 功率矩陣。我們用/；=?,")和(<,")分別表示通過中繼i的轉發(fā)后，用戶m在放大轉發(fā) 和解碼轉發(fā)后的信噪比，其表達式為
[0036] 每一個參與合作的中繼都會基于其信噪比得到收益，其代價函數(shù)為所消耗的發(fā)射 和計算功率。同時考慮收益和支出，每一個中繼決定其傳輸策略，即最優(yōu)傳輸功率，即可以 使其效用函數(shù)取得最大值的最優(yōu)發(fā)射功率?；疽哺鶕找婧椭С觯瑳Q定其最優(yōu)的效用函 數(shù)，即給予中繼的激勵。由于中繼屬于不同的利益團體，我們在這里假設所有的中繼都是理 智而且自私的。在本發(fā)明中，我們設計了一種基于合作眾包的合作機制，其他問題例如安全 問題，也是網絡中需要關注的問題，在此發(fā)明中暫不考慮。
[0037] 基站的激勵向量為R(R= (R1,R2, . . .，Rm))，基站為了用戶m的傳輸而給出的激勵 為Rni，基站的支出為9x幾：，每單位功率的價格為C1 (C1X))。C1為中繼i自行決定的功率價 格，其數(shù)值由剩余能量、電池和芯片處理能力決定。中繼i的目的是最大化其在放大和解碼 轉發(fā)下的效用函數(shù)U1
[0041] 對于每一個中繼而言，它需要根據基站的激勵（Rni, )，決定其最優(yōu)的傳輸功率 以達到最大化其效用函數(shù)的目的。在這里，T。表示每一個中繼為每一個用戶轉發(fā)時，最小信 噪比的限制，中繼i的發(fā)射功率總和不大于？在解碼轉發(fā)的情況下，中繼i的目標函數(shù) 和限制條件。
[0042] 極化迫零技術的引入：
[0043] 第一階段和第二階段傳輸結束時，次級用戶相互通信的信息都分別傳輸?shù)搅薖R 處，對主用戶構成了干擾，為了消除這種干擾，本發(fā)明引入極化迫零的方式對PR的接收信
號進行處理，在第一階段時，對PR而言，等號右邊第二項 f擾，因此SUB 需要對Dbp進行估計并且智能地選擇一個適當?shù)膁BA滿足：
[0044] DBPdBA= 0 (7)
[0045] 從而使得該項在PR端被消去。
[0046] 在第二階段時，對PR來說