CoMP系統(tǒng)中基于聯(lián)合波束成形與功率控制的頻譜拍賣(mài)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種CoMP系統(tǒng)中基于聯(lián)合波束成形與功率控制的頻譜拍賣(mài)方法，包括：首先，設(shè)定擁有賣(mài)家、買(mǎi)家以及頻譜經(jīng)紀(jì)人的頻譜拍賣(mài)市場(chǎng)機(jī)制，建立基于頻譜拍賣(mài)的CoMP系統(tǒng)模型，該模型用于提高頻譜利用率。然后，我們?cè)贑oMP系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)基于拍賣(mài)的買(mǎi)家與賣(mài)家的效用函數(shù)、與數(shù)據(jù)吞吐量相關(guān)的信道出價(jià)函數(shù)，并建立優(yōu)化系統(tǒng)效益的目標(biāo)函數(shù)。最后，以系統(tǒng)效益優(yōu)化為目標(biāo)，建立拍賣(mài)模型，并利用CoMP系統(tǒng)中的信道狀態(tài)信息的完美反饋和聯(lián)合波束成形與功率控制技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化，提高CoMP的系統(tǒng)效益。本發(fā)明可用于CoMP系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)頻譜資源分配，且本發(fā)明方法貼合實(shí)際通信背景，技術(shù)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，可用于提升CoMP系統(tǒng)的頻譜利用率和系統(tǒng)收益。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
CoMP系統(tǒng)中基于聯(lián)合波束成形與功率控制的頻譜拍賣(mài)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種CoMP系統(tǒng)中基于聯(lián)合波束成形與功 率控制的頻譜拍賣(mài)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著新一代通信技術(shù)的快速發(fā)展，用戶對(duì)無(wú)線通信的業(yè)務(wù)需求不斷提高，移動(dòng)通 信技術(shù)將以面向用戶體驗(yàn)為主，在保證服務(wù)質(zhì)量(QoS)的基礎(chǔ)上提供更加普及、高速的數(shù)據(jù) 傳輸。然而，頻譜的稀缺性已經(jīng)成為制約下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展的難題，如何提高無(wú)線通 信系統(tǒng)的頻譜利用率，一直都是無(wú)線通信領(lǐng)域迫切關(guān)注的焦點(diǎn)?；趯?duì)未來(lái)無(wú)線通信寬帶 高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，第三代伙伴計(jì)劃(3GPP)展開(kāi)了面向4G的研究工作。協(xié)作多點(diǎn)傳 輸(Coordinated Multi-Point，CoMP)系統(tǒng)由于引入了基站協(xié)作傳輸?shù)母拍?，從而提高通?系統(tǒng)的頻譜利用率，因此被廣泛認(rèn)為是4G移動(dòng)通信發(fā)展過(guò)程中最具有潛力的候選技術(shù)之 〇
[0003] 盡管CoMP系統(tǒng)的引入為頻譜資源分配帶來(lái)了新的活力，但是已有的CoMP系統(tǒng)的頻 譜資源分配方法是一種靜態(tài)的分配方法。CoMP系統(tǒng)的靜態(tài)頻譜劃分將CoMP系統(tǒng)的頻帶劃分 為CoMP頻帶和NonCoMP頻帶，各個(gè)頻帶之間具有相對(duì)獨(dú)立的調(diào)度。然而，這種頻帶劃分靈活 性差，導(dǎo)致CoMP系統(tǒng)的頻譜利用率較低。如何在CoMP系統(tǒng)中將有限的頻譜資源動(dòng)態(tài)分配，進(jìn) 而提高CoMP系統(tǒng)的頻譜利用率將是今后研究CoMP系統(tǒng)的重點(diǎn)。另一方面，拍賣(mài)理論是一種 市場(chǎng)資源分配機(jī)制，兼具公平性和高效性，被廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信系統(tǒng)中分配有限資源。因 此，為了提高CoMP系統(tǒng)的頻譜利用率，我們可以在CoMP系統(tǒng)中引入拍賣(mài)機(jī)制，設(shè)計(jì)一種基于 拍賣(mài)機(jī)制的動(dòng)態(tài)頻譜分配方法。該方法結(jié)合了 CoMP系統(tǒng)和拍賣(mài)理論，不僅可以利用CoMP系 統(tǒng)的協(xié)作調(diào)度/協(xié)作波束成形(CoMP-CS/CB)技術(shù)改善小區(qū)用戶的數(shù)據(jù)吞吐量，還可以通過(guò) 動(dòng)態(tài)拍賣(mài)的方式提高CoMP系統(tǒng)的頻譜利用率和系統(tǒng)收益。
[0004] 然而，如何動(dòng)態(tài)控制頻譜出價(jià)以及優(yōu)化系統(tǒng)效益是我們必須考慮的主要問(wèn)題。波 束成形和功率控制是兩種被廣泛認(rèn)可用來(lái)消除同信道干擾，以此來(lái)提高系統(tǒng)吞吐量的方 法。其中，波束成形技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信多天線場(chǎng)景中，該技術(shù)需要確定數(shù)量的信道 狀態(tài)信息(CSI)反饋，并且信道狀態(tài)信息可以通過(guò)反饋鏈路從接收端到傳輸端進(jìn)行傳送。對(duì) 于功率控制技術(shù)而言，基站可以通過(guò)信道狀態(tài)信息調(diào)整用戶設(shè)備的傳輸功率，以此獲取更 好的系統(tǒng)效益。因此，將上述波束成形技術(shù)和功率控制技術(shù)進(jìn)行結(jié)合所形成的聯(lián)合波束成 形和功率控制技術(shù)被認(rèn)為是一種極具有潛力提高系統(tǒng)效益的技術(shù)。就目前的聯(lián)合波束成形 和功率控制技術(shù)的應(yīng)用研究而言，該技術(shù)更多地被應(yīng)用在傳統(tǒng)的通信場(chǎng)景中來(lái)獲取所期望 的系統(tǒng)效益。然而，到目前為止，很少有關(guān)于聯(lián)合波束成形和功率控制技術(shù)在CoMP系統(tǒng)中進(jìn) 行頻譜分配的研究。
[0005] 基于上述CoMP系統(tǒng)和聯(lián)合波束成形和功率控制技術(shù)的應(yīng)用背景，以及拍賣(mài)理論的 應(yīng)用特點(diǎn)，我們擬在CoMP系統(tǒng)中提出一種利用拍賣(mài)理論和聯(lián)合波束成形和功率控制技術(shù)進(jìn) 行頻譜資源有效分配的方法。一方面，建立基于頻譜拍賣(mài)的CoMP系統(tǒng)模型，設(shè)定賣(mài)家、買(mǎi)家 以及頻譜經(jīng)紀(jì)人，該模型用于提高頻譜的利用率。另一方面，我們?cè)贑oMP系統(tǒng)中設(shè)計(jì)基于拍 賣(mài)模型的買(mǎi)家與賣(mài)家的效用函數(shù)，以及基于系統(tǒng)吞吐量的空閑信道出價(jià)函數(shù)。然后，我們根 據(jù)理論推導(dǎo)，得到以優(yōu)化系統(tǒng)效益為目的的目標(biāo)函數(shù)，并建立以優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)效益值為目 的的拍賣(mài)模型，利用 C〇MP系統(tǒng)中的信道狀態(tài)信息的完美反饋和聯(lián)合波束成形和功率控制技 術(shù)進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化，提高系統(tǒng)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)CoMP系統(tǒng)的授權(quán)用戶設(shè)備擁有空閑頻段的情形，結(jié)合拍賣(mài) 理論和聯(lián)合波束成形和功率控制技術(shù)，提供一種CoMP系統(tǒng)中基于聯(lián)合波束成形和功率控制 的動(dòng)態(tài)頻譜拍賣(mài)方法。該方法主要包括三個(gè)部分:建立基于頻譜拍賣(mài)的CoMP系統(tǒng)模型;設(shè)計(jì) 買(mǎi)家與賣(mài)家效用函數(shù)、信道出價(jià)函數(shù)以及基于買(mǎi)家信道出價(jià)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù);建立拍賣(mài)模 型，并利用聯(lián)合波束成形和功率控制技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化。本發(fā)明主要考慮了CoMP系統(tǒng) 的授權(quán)用戶設(shè)備擁有空閑頻段的場(chǎng)景，以系統(tǒng)效益優(yōu)化為目標(biāo)，建立頻譜拍賣(mài)機(jī)制進(jìn)行空 閑頻段的有效分配，提高頻譜利用率;并通過(guò)聯(lián)合波束成形和功率控制技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)函數(shù) 的優(yōu)化，提高系統(tǒng)的整體收益。該發(fā)明提出的CoMP系統(tǒng)中基于聯(lián)合波束成形和功率控制的 頻譜拍賣(mài)方法，貼合實(shí)際通信背景，技術(shù)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，用于提升CoMP系統(tǒng)的頻譜利 用率和系統(tǒng)收益。
[0007] 本發(fā)明假定在CoMP系統(tǒng)中，存在授權(quán)用戶設(shè)備和未授權(quán)用戶設(shè)備。授權(quán)用戶設(shè)備 擁有空閑頻段，該空閑頻段可以劃分為多個(gè)空閑信道，授權(quán)用戶設(shè)備通過(guò)拍賣(mài)的方法出售 空閑信道獲取暫時(shí)收益，未授權(quán)用戶設(shè)備希望通過(guò)拍賣(mài)得到的空閑信道改善自身通信質(zhì) 量。設(shè)定授權(quán)用戶設(shè)備為賣(mài)家，未授權(quán)用戶設(shè)備為買(mǎi)家。首先，設(shè)定擁有賣(mài)家、買(mǎi)家以及頻譜 經(jīng)紀(jì)人的頻譜拍賣(mài)市場(chǎng)機(jī)制，建立基于頻譜拍賣(mài)的CoMP系統(tǒng)模型，該模型用于提高頻譜利 用率。然后，我們?cè)贑oMP系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)基于拍賣(mài)的買(mǎi)家與賣(mài)家的效用函數(shù)、與數(shù)據(jù)吞吐量相 關(guān)的信道出價(jià)函數(shù)，并建立優(yōu)化系統(tǒng)效益的目標(biāo)函數(shù)。最后，以系統(tǒng)效益優(yōu)化為目標(biāo)，建立 拍賣(mài)模型，并利用 C〇MP系統(tǒng)中的信道狀態(tài)信息的完美反饋和聯(lián)合波束成形與功率控制技術(shù) 進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化，提尚CoMP的系統(tǒng)效益。
[0008] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0009] -種CoMP系統(tǒng)中基于聯(lián)合波束成形與功率控制的頻譜拍賣(mài)方法，包括以下步驟：
[0010] (1)建立基于頻譜拍賣(mài)的CoMP系統(tǒng)模型：
[0011] 1)設(shè)定CoMP系統(tǒng)中存在三個(gè)協(xié)作小區(qū)，每個(gè)協(xié)作小區(qū)中都有一個(gè)演進(jìn)型基站 (eNB)，三個(gè)eNB輪換扮演中央單元的角色；中央單元不僅負(fù)責(zé)協(xié)作小區(qū)中用戶的聯(lián)合數(shù)據(jù) 傳輸，改善用戶的數(shù)據(jù)吞吐量，還在拍賣(mài)過(guò)程中充當(dāng)頻譜經(jīng)紀(jì)人;用戶設(shè)備均勻地分布在每 個(gè)協(xié)作小區(qū)的邊緣附近，用戶設(shè)備劃分為授權(quán)用戶設(shè)備和未授權(quán)用戶設(shè)備，未授權(quán)用戶設(shè) 備數(shù)量為n;小區(qū)中的每個(gè)eNB配置n/3 X 1天線，小區(qū)中的每個(gè)用戶設(shè)備配置一個(gè)單天線用 于信號(hào)的接收與發(fā)射;CoMP的每個(gè)幀結(jié)構(gòu)中包含一個(gè)拍賣(mài)時(shí)隙，用于進(jìn)行空閑信道的拍賣(mài) 過(guò)程；
[0012] 2)在CoMP系統(tǒng)中，擁有空閑頻帶用戶為授權(quán)用戶設(shè)備，所述空閑頻帶可以劃分為 多個(gè)空閑信道，授權(quán)用戶設(shè)備可通過(guò)拍賣(mài)的方式出售空閑信道獲取暫時(shí)收益;希望通過(guò)拍 賣(mài)得到空閑信道改善自身通信質(zhì)量的用戶設(shè)備為未授權(quán)用戶設(shè)備;設(shè)定CoMP系統(tǒng)中的授權(quán) 用戶設(shè)備為賣(mài)家，未授權(quán)用戶設(shè)備為買(mǎi)家；同時(shí)假定在該拍賣(mài)模型中，存在一個(gè)授權(quán)用戶設(shè) 備和多個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備，即只有一個(gè)賣(mài)家和多個(gè)買(mǎi)家;買(mǎi)家集合為N= {1，2，3...n}，待出 售的空閑頻帶集合[二丨^^^^…心:^待拍賣(mài)的空閑信道數(shù)量供大于求邙化彡^每輪拍 賣(mài)過(guò)程中，只決定一個(gè)最終贏家，并且該贏家有且只能獲取一個(gè)空閑信道；
[0013] 3)在每個(gè)拍賣(mài)時(shí)隙中，采用維克利拍賣(mài)方案對(duì)賣(mài)家持有的多個(gè)空閑信道進(jìn)行有效 分配;首先，買(mǎi)家i對(duì)待出售的空閑信道集合C中的Q頻段密封出價(jià)h給中央單元，中央單元 收集所有的未授權(quán)用戶設(shè)備出價(jià)，得到出價(jià)矩陣B，B= [bi，b2，b3. . .bn];然后，中央單元通 過(guò)貪婪準(zhǔn)則選擇第一輪拍賣(mài)贏家，記本輪僅次于最高出價(jià)的出價(jià)為blh，最高出價(jià)者為本輪 贏家，同時(shí)按照維克利拍賣(mài)出價(jià)準(zhǔn)則，該贏家通過(guò)支付bih獲取空閑信道Ci，此時(shí)記錄ai = 1; 假如本輪因?yàn)樽罡叱鰞r(jià)與第二高出價(jià)相同，未選出贏家，記錄ai = 0;最后，更新買(mǎi)家集合N 和空閑信道集合C，即在買(mǎi)家集合中，刪除已獲得空閑信道的買(mǎi)家;在空閑信道集合中，刪除 已經(jīng)出租的空閑信道C 1;
[0014] 4)重復(fù)步驟3)，直至所有買(mǎi)家通過(guò)上述CoMP系統(tǒng)模型競(jìng)拍得到各自所需信道；
[0015] (2)基于買(mǎi)家信道出價(jià)的目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化：
[0016] 1)首先設(shè)計(jì)了 CoMP系統(tǒng)中未授權(quán)用戶設(shè)備的信號(hào)接收模型，假定第k個(gè)未授權(quán)用 戶設(shè)備是協(xié)作小區(qū)i中的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備;則第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的信號(hào)接收模型 yk表不為：
⑴
[0018]上式中，pij表示第k個(gè)未授權(quán)用戶對(duì)應(yīng)的第i個(gè)小區(qū)中的eNB的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè) 備的傳輸功率，同理，paj表示第a個(gè)小區(qū)中的eNB的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的傳輸功率;hi j表 示第i個(gè)小區(qū)中的eNB的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的信道系數(shù)，同理，ha謙示第a個(gè)小區(qū)中的eNB 的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的信道系數(shù);fu表示協(xié)作小區(qū)i中的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的波束 成形矢量，同理，fy表示協(xié)作小區(qū)a中的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的波束成形矢量; Xlj表示協(xié) 作小區(qū)i中的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的傳輸信號(hào)矢量，同理，表示協(xié)作小區(qū)a中的第j個(gè)未 授權(quán)用戶設(shè)備的傳輸信號(hào)矢量;n k表示加性噪聲矢量，該矢量是均值為零，方差為％2的復(fù)雜 3. f___i 高斯噪聲；表不第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的有用信號(hào)；藝人表不第k個(gè)未 v a-\ +a承i 授權(quán)用戶設(shè)備所受到的相鄰小區(qū)eNB傳輸?shù)男盘?hào)干擾;接著通過(guò)上述信號(hào)接收模型計(jì)算未 授權(quán)用戶設(shè)備的信干噪比，則第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的信干噪比Ak為：
(2)
[0020] 2)利用協(xié)作多點(diǎn)的協(xié)作調(diào)度/協(xié)作波束成形(CoMP-CS/CB)技術(shù)對(duì)協(xié)作小區(qū)中的未 授權(quán)用戶設(shè)備的信干噪比進(jìn)行處理，各個(gè)協(xié)作小區(qū)中的eNB除了獲取駐留在小區(qū)內(nèi)的未授 權(quán)用戶設(shè)備的信道信息之外，還要獲取協(xié)作小區(qū)的調(diào)度信息和未授權(quán)用戶設(shè)備的信道信 息；中央單元通過(guò)eNB與用戶設(shè)備的數(shù)據(jù)鏈路獲取上述信息，然后對(duì)第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備 的信干噪比利用CoMP系統(tǒng)的協(xié)作調(diào)度和波束成形技術(shù)進(jìn)行處理;根據(jù)公式(2)，可得到第k 個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備經(jīng)處理后的信干噪比：
(3)
[0022] 3)定義每個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備對(duì)空閑信道的估價(jià)為未授權(quán)用戶設(shè)備使用拍賣(mài)得到 的空閑信道所獲取的吞吐量，假設(shè)孟為每個(gè)空閑信道的帶寬；則第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備對(duì)空 閑信道的估價(jià)函數(shù)為：
[0023] ☆ = 51og;^十乙） (4)
[0024] 授權(quán)用戶設(shè)備的總收益為所有未授權(quán)用戶設(shè)備對(duì)單位空閑信道的估價(jià)值，因此， 授權(quán)用戶設(shè)備的收益函數(shù)為：
[0025] U = V B log-, (1 + kk) C 5 )
[0026] 4)定義每個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的效益為自身通過(guò)拍賣(mài)信道獲取的吞吐量減去成本； ckG{〇，l}表示第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備是否可以在拍賣(mài)過(guò)程中獲取空閑信道，因此，每個(gè)未 授權(quán)用戶設(shè)備的效益函數(shù)為：
[0027] - <6)
[0,% = 0
[0028] 上式中，Ck=l表示第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備在拍賣(mài)過(guò)程中獲取空閑信道，反之，ck=0表 示第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備在拍賣(mài)過(guò)程中未獲取空閑信道;a表示成本影響因子；Zl 〇g:n+I,) 表示未授權(quán)用戶設(shè)備k在拍賣(mài)過(guò)程中得到的吞吐量收益，apdh^fu |2表示未授權(quán)用戶設(shè)備 k在拍賣(mài)過(guò)程中的成本；
[0029] 根據(jù)公式(6)即可得到未授權(quán)用戶設(shè)備的總效益函數(shù)，該效益函數(shù)即為系統(tǒng)效益 函數(shù)r，即： _ a. _
[0030] U = (7) k^l
[0031] 將未授權(quán)用戶設(shè)備的效益函數(shù)設(shè)為目標(biāo)函數(shù)，該目標(biāo)函數(shù)的效益最大化即為優(yōu)化 目標(biāo)，則上述目標(biāo)函數(shù)表示為： .n- _
[0032] max w (8)
[0033] (3)建立拍賣(mài)模型：
[0034] 1)拍賣(mài)模型中，參與者是每個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備，每個(gè)參與者的效益，表示為每個(gè)未 授權(quán)用戶設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)空閑信道的效益函數(shù);采用博弈策略優(yōu)化未授權(quán)用戶設(shè)備的總效益函 數(shù)，博弈策略是聯(lián)合波束成形和功率控制優(yōu)化未授權(quán)用戶設(shè)備的總效益函數(shù);該拍賣(mài)模型 的優(yōu)化變量為經(jīng)過(guò)CoMP系統(tǒng)協(xié)作調(diào)度和協(xié)作波束成形處理過(guò)的信干噪比變量；
[0035] 2)為了得到目標(biāo)函數(shù)的最終結(jié)果，拍賣(mài)過(guò)程中，選取納什均衡點(diǎn)為參考標(biāo)準(zhǔn)；首 先，對(duì)目標(biāo)函數(shù)分別進(jìn)行關(guān)于波束成形矢量和功率矢量的一次求導(dǎo)，得到波束成形矢量/廣 和功率矢量，其中n表示迭代次數(shù)，并初始化波束成形矢量和功率矢量;然后，在每個(gè)數(shù) 據(jù)傳輸時(shí)隙中，進(jìn)行聯(lián)合波束成形矢量和功率矢量迭代，控制波束成形矢量和功率矢量，直 到系統(tǒng)總效益開(kāi)始收斂并穩(wěn)定，穩(wěn)定的系統(tǒng)效益值為最大化的系統(tǒng)總效益值;最后，此效益 值對(duì)應(yīng)的波束成形矢量./f 1和功率值;即為聯(lián)合波束成形和功率控制的最優(yōu)解，BP :
[0036] {/f )，#卜 argmax（14)
[0037]在所述拍賣(mài)過(guò)程中，中央單元不僅可以將小區(qū)內(nèi)的其它eNB連接起來(lái)，還通過(guò)回程 鏈路的信道狀態(tài)信息反饋情況對(duì)協(xié)作小區(qū)中的未授權(quán)用戶設(shè)備進(jìn)行協(xié)作調(diào)度和協(xié)作波束 成形處理，避免小區(qū)用戶受到干擾限制，提升協(xié)作小區(qū)中用戶的數(shù)據(jù)吞吐量。
[0038]進(jìn)一步地，所述中央單元通過(guò)接口是X2的回程鏈路得到協(xié)作小區(qū)中其它eNB的信 道狀態(tài)信息反饋。
[0039] 進(jìn)一步地，所述信道狀態(tài)信息反饋包括信道質(zhì)量指示和信道方向信息。
[0040] 進(jìn)一步地，所述目標(biāo)函數(shù)還具有如下限制條件：
[0041] ck= {0,1} (9) n
[0042] - 1 (10、
[0043] ^>|liin (11)
[0044] U^Uiim (12) n
[0045] Z A - Pr U3) kM
[0046] 公式(9)_(11)的設(shè)定是為了保證未授權(quán)用戶設(shè)備的服務(wù)質(zhì)量，其中ylim表示每個(gè) 未授權(quán)用戶設(shè)備的信干噪比的最小需求;公式（12)的設(shè)定是為了保證拍賣(mài)過(guò)程中授權(quán)用戶 設(shè)備的收益，U lim表示拍賣(mài)過(guò)程中授權(quán)用戶設(shè)備理論獲得的最小收益;公式(13)的設(shè)定是為 了保證來(lái)自于協(xié)作小區(qū)中演進(jìn)型基站所得到的總傳輸功率受到理論總傳輸功率特定閾值 的約束，Pt表示設(shè)定的總傳輸功率的特定閾值。
[0047] 進(jìn)一步地，步驟（1)中，所述空閑信道擁有相同帶寬;所述博弈策略為聯(lián)合波束成 形和功率控制優(yōu)化未授權(quán)用戶設(shè)備的總效益函數(shù)。
[0048]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明可用于CoMP系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)頻譜資源分配，且本發(fā)明 方法貼合實(shí)際通信背景，技術(shù)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，可用于提升CoMP系統(tǒng)的頻譜利用率和系 統(tǒng)收益。
【附圖說(shuō)明】
[0049] 圖1為基于拍賣(mài)的CoMP系統(tǒng)示意圖；
[0050] 圖2為基于買(mǎi)家信道出價(jià)的目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化過(guò)程示意圖；
[0051 ]圖3為基于聯(lián)合波束成形和功率控制的拍賣(mài)模型示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]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(shuō)明，但并不是對(duì)本發(fā)明的限定。
[0053] CoMP系統(tǒng)的模型如圖1所示，首先設(shè)定CoMP系統(tǒng)中存在三個(gè)協(xié)作小區(qū)，每個(gè)協(xié)作小 區(qū)中都有一個(gè)演進(jìn)型基站(eNB)，三個(gè)演進(jìn)型基站輪換扮演中央單元的角色；中央單元不僅 負(fù)責(zé)協(xié)作小區(qū)中用戶的聯(lián)合數(shù)據(jù)傳輸，改善用戶的數(shù)據(jù)吞吐量，還在拍賣(mài)過(guò)程中充當(dāng)頻譜 經(jīng)紀(jì)人。中央單元通過(guò)接口是X2的回程鏈路得到協(xié)作小區(qū)中其它eNB的信道狀態(tài)信息反饋， 該信道狀態(tài)信息反饋主要包括兩方面:信道質(zhì)量指示和信道方向信息;在拍賣(mài)過(guò)程中，中央 單元不僅可以將小區(qū)內(nèi)的其它eNB連接起來(lái)，還通過(guò)回程鏈路信道狀態(tài)信息反饋情況對(duì)協(xié) 作小區(qū)中的未授權(quán)用戶設(shè)備進(jìn)行協(xié)作調(diào)度和協(xié)作波束成形處理，避免小區(qū)用戶受到干擾限 制，提升協(xié)作小區(qū)中用戶的數(shù)據(jù)吞吐量。用戶設(shè)備(UE)均勻地分布在每個(gè)協(xié)作小區(qū)的邊緣 附近，用戶設(shè)備劃分為授權(quán)用戶設(shè)備和未授權(quán)用戶設(shè)備，未授權(quán)用戶設(shè)備數(shù)量為n;小區(qū)中 的每個(gè)演進(jìn)型基站配置n/3 X 1天線，小區(qū)中的每個(gè)用戶設(shè)備配置一個(gè)單天線，用于信號(hào)的 接收與發(fā)射;CoMP的每個(gè)幀結(jié)構(gòu)中包含一個(gè)拍賣(mài)時(shí)隙，用于進(jìn)行空閑信道的拍賣(mài)過(guò)程。 [0054]其次，在CoMP系統(tǒng)中，假定授權(quán)用戶設(shè)備擁有空閑頻段，該空閑頻帶可以劃分為多 個(gè)空閑信道。授權(quán)用戶設(shè)備可通過(guò)拍賣(mài)的方式出售空閑信道獲取暫時(shí)收益，未授權(quán)用戶設(shè) 備希望通過(guò)拍賣(mài)得到的空閑信道改善自身通信質(zhì)量;設(shè)定CoMP系統(tǒng)中的授權(quán)用戶設(shè)備為賣(mài) 家，未授權(quán)用戶設(shè)備為買(mǎi)家；同時(shí)假定在該拍賣(mài)模型中，存在一個(gè)授權(quán)用戶設(shè)備和多個(gè)未授 權(quán)用戶設(shè)備，即只有一個(gè)賣(mài)家和多個(gè)買(mǎi)家;買(mǎi)家集合為N= {1，2，3...n}，待出售的空閑頻帶 集合[二丨^^^^^^:^待拍賣(mài)的空閑信道數(shù)量供大于求邙化彡^假定這些空閑信道擁 有相同帶寬;每輪拍賣(mài)過(guò)程中，只決定一個(gè)最終贏家，并且該贏家有且只能獲取一個(gè)空閑信 道。
[0055] 然后，在每個(gè)拍賣(mài)時(shí)隙中，采用維克利拍賣(mài)方案對(duì)賣(mài)家持有的多個(gè)空閑信道進(jìn)行 有效分配。首先，買(mǎi)家i對(duì)待出售的空閑信道集合C中的&頻段密封出價(jià)h給中央單元，中央 單元收集所有的未授權(quán)用戶設(shè)備出價(jià)，得到出價(jià)矩陣B，B= [bi，b2，b3. . .bn];然后，中央單 元通過(guò)貪婪準(zhǔn)則選擇第一輪拍賣(mài)贏家，記本輪僅次于最高出價(jià)的出價(jià)為blh，最高出價(jià)者為 本輪贏家，同時(shí)該贏家通過(guò)支付bih獲取空閑信道Ci，記錄ai = l;假如本輪因?yàn)樽罡叱鰞r(jià)與 第二高出價(jià)相同，未選出贏家，記ai = 0;最后，更新買(mǎi)家集合N和空閑信道集合C，在買(mǎi)家集 合中，刪除已獲得空閑信道的買(mǎi)家;在空閑信道集合中，刪除已經(jīng)出租的空閑信道&。
[0056] 最后，重復(fù)上述分配過(guò)程，直至所有買(mǎi)家通過(guò)上述CoMP系統(tǒng)模型競(jìng)拍得到各自所 需f目道。
[0057] 基于買(mǎi)家信道出價(jià)的目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化過(guò)程如圖2所示，首先針對(duì)CoMP系統(tǒng)的 未授權(quán)用戶的信號(hào)接收設(shè)計(jì)CoMP系統(tǒng)中未授權(quán)用戶設(shè)備的信號(hào)接收模型，該模型中包括三 部分:有用信號(hào)、相鄰協(xié)作小區(qū)干擾信號(hào)、噪聲;假定第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備是協(xié)作小區(qū)i中 的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備;則第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的信號(hào)接收模型外為：
[0058] yk=y,： +Y.^!K,Lx.J!+th (1) a-! a^i
[0059]上式中，Pij表示第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備對(duì)應(yīng)的第i個(gè)小區(qū)中的eNB的第j個(gè)未授權(quán)用 戶設(shè)備的傳輸功率，同理，paj表示第a個(gè)小區(qū)中的eNB的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的傳輸功率； hu表示第i個(gè)小區(qū)中的eNB的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的信道系數(shù)，同理，h aj表示第a個(gè)小區(qū)中 的eNB的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的信道系數(shù);表示協(xié)作小區(qū)i中的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備設(shè) 備的波束成形矢量，同理，f aj表示協(xié)作小區(qū)a中的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的波束成形矢量； XlJ表示協(xié)作小區(qū)i中的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的傳輸信號(hào)矢量，同理，Xaj表示協(xié)作小區(qū)a中 的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的傳輸信號(hào)矢量;nk表示加性噪聲矢量，該矢量是均值為零，方差 ________ 為〇k2的復(fù)雜高斯噪聲;、表示第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的有用信號(hào)；！表 v a-\ .a本i 示第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備所受到的相鄰小區(qū)eNB傳輸?shù)男盘?hào)干擾;接著通過(guò)上述信號(hào)接收模 型計(jì)算未授權(quán)用戶設(shè)備的信干噪比，則第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的信干噪比（SINR)Ak為：
(2)
[0061]由于在非協(xié)作傳輸模式中，只有未授權(quán)用戶設(shè)備所在的小區(qū)中的eNB對(duì)此未授權(quán) 用戶設(shè)備進(jìn)行的信號(hào)傳輸是有用信號(hào)，相鄰小區(qū)中的eNB對(duì)此未授權(quán)用戶設(shè)備傳輸?shù)男盘?hào) 是干擾信號(hào)。所以，為了減輕小區(qū)邊緣用戶的干擾限制，增強(qiáng)小區(qū)的數(shù)據(jù)吞吐量，我們利用 協(xié)作多點(diǎn)的協(xié)作調(diào)度/協(xié)作波束成形(CoMP-CS/CB)技術(shù)對(duì)協(xié)作小區(qū)中的未授權(quán)用戶設(shè)備進(jìn) 行處理，使其對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行規(guī)避。為了支持協(xié)作多點(diǎn)協(xié)作調(diào)度/波束成形技術(shù)，各個(gè)協(xié)作 小區(qū)中的演進(jìn)型基站除了獲取駐留在小區(qū)內(nèi)的未授權(quán)用戶設(shè)備的信道信息之外，還要獲取 協(xié)作小區(qū)的調(diào)度信息和未授權(quán)用戶設(shè)備的信道信息。中央單元通過(guò)演進(jìn)型基站與用戶設(shè)備 的數(shù)據(jù)鏈路獲取上述信息，然后對(duì)第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的信干噪比利用CoMP系統(tǒng)的協(xié)作 調(diào)度和波束成形技術(shù)進(jìn)行處理。根據(jù)公式(2)，我們可以得到第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備經(jīng)處理 后的信干噪比為：
(3)
[0063] 當(dāng)未授權(quán)用戶設(shè)備通過(guò)拍賣(mài)的方式獲得空閑信道之后，每個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備都希 望可以最大化自己的傳輸速率。因此，本發(fā)明根據(jù)香農(nóng)公式C = Blog2(l+S/N)，并以增加小 區(qū)邊緣用戶的吞吐量為目標(biāo)，設(shè)計(jì)空閑信道的出價(jià)函數(shù)。其中，C表示最大信息傳輸速率;B 表示信道帶寬;S表示信號(hào)功率;N表示噪聲功率。定義每個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備對(duì)空閑信道的估 價(jià)為未授權(quán)用戶設(shè)備使用拍賣(mài)得到的空閑信道所獲取的吞吐量，假設(shè)5為每個(gè)空閑信道的 帶寬，則第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備對(duì)空閑信道的估價(jià)函數(shù)為：
[0064] V：k = "iei〇g:(l+L) (4>
[0065] 然后，根據(jù)該出價(jià)函數(shù)設(shè)計(jì)了未授權(quán)用戶設(shè)備的效益函數(shù)和授權(quán)用戶設(shè)備的收益 函數(shù)。我們定義授權(quán)用戶設(shè)備的總收益為所有未授權(quán)用戶設(shè)備對(duì)單位空閑信道的估價(jià)值， 則授權(quán)用戶設(shè)備的收益函數(shù)為：
[0066] U = Y，B\og2(l + Xi) (5) k=l
[0067]當(dāng)未授權(quán)用戶設(shè)備購(gòu)買(mǎi)信道之后，每個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備不僅希望最大化自己的傳 輸速率，同時(shí)也希望最小化成本。我們定義每個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的效益為自身通過(guò)拍賣(mài)信 道獲取的吞吐量減去成本;CkG{〇，l}表示第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備是否可以在拍賣(mài)過(guò)程中獲 取空閑信道，ck=l表示第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備在拍賣(mài)過(guò)程中獲取空閑信道，反之，c k=0表示 第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備在拍賣(mài)過(guò)程中未獲取空閑信道;a表示成本影響因子。因此，每個(gè)未授 權(quán)用戶設(shè)備的效益函數(shù)為：
[0068] m 0, 0
[0069] 上式中ikxg"l + ￡〇表示未授權(quán)用戶設(shè)備k在拍賣(mài)過(guò)程中得到的吞吐量收益，apij Ihuful2表示未授權(quán)用戶設(shè)備k在拍賣(mài)過(guò)程中的成本。
[0070] 根據(jù)公式(6)可得到未授權(quán)用戶設(shè)備的總效益函數(shù)，該效益函數(shù)即為系統(tǒng)效益函 數(shù)，即： _ n _
[0071] u = YjUk (7) k=i
[0072] 最后，我們將未授權(quán)用戶設(shè)備的效益函數(shù)設(shè)為目標(biāo)函數(shù)，該目標(biāo)函數(shù)的效益最大 化為我們優(yōu)化目標(biāo)，將授權(quán)用戶設(shè)備的收益函數(shù)作為一個(gè)約束條件，并考慮了未授權(quán)用戶 設(shè)備的服務(wù)質(zhì)量和傳輸功率干擾受限，將其也作為目標(biāo)函數(shù)的約束條件。則上述目標(biāo)函數(shù) 表示為： n -
[0073] max["i (8)
[0074]所述目標(biāo)函數(shù)的限制條件為：
[0075] Ck={〇，l} (9)
[0076] Xr/. -1 k-\ _7] （11)
[0078] U^Uiim (12) n.
[0079] X - Pi (13)
[0080] 公式(9)-(ll)的設(shè)定是為了保證未授權(quán)用戶設(shè)備的服務(wù)質(zhì)量(QoS)，其中ylim表 示每個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的信干噪比的最小需求;公式（12)的設(shè)定是為了保證拍賣(mài)過(guò)程中授 權(quán)用戶設(shè)備的收益U，U lim表示拍賣(mài)過(guò)程中授權(quán)用戶設(shè)備理論獲得的最少收益;公式（13)的 設(shè)定是為了保證來(lái)自于協(xié)作小區(qū)中的eNB所得到的總傳輸功率受到理論總傳輸功率特定閾 值的約束，Pt表示設(shè)定的總傳輸功率的特定閾值。
[0081] 基于聯(lián)合波束成形和功率控制的拍賣(mài)模型如圖3所示，通過(guò)建立拍賣(mài)模型實(shí)現(xiàn)未 授權(quán)用戶設(shè)備的總收益的最大化。該拍賣(mài)模型中，參與者是每個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備;采用博弈 策略優(yōu)化未授權(quán)用戶設(shè)備的總效益函數(shù)，博弈策略是聯(lián)合波束成形和功率控制優(yōu)化未授權(quán) 用戶設(shè)備的總效益函數(shù);每個(gè)參與者的效益，即未授權(quán)用戶設(shè)備的效益，表示為每個(gè)未授權(quán) 用戶設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)空閑信道的效益函數(shù);該拍賣(mài)模型的優(yōu)化變量為經(jīng)過(guò)CoMP系統(tǒng)協(xié)作調(diào)度和協(xié) 作波束成形處理過(guò)的信干噪比變量。
[0082] 為了得到目標(biāo)函數(shù)的最終結(jié)果，在拍賣(mài)博弈過(guò)程中，通過(guò)聯(lián)合波束成形和功率控 制技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化，選取納什均衡點(diǎn)為參考標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)波束成形矢量和功率矢量迭代 至目標(biāo)函數(shù)效益值收斂并穩(wěn)定時(shí)，則其對(duì)應(yīng)的波束成形矢量和功率矢量為最優(yōu)解在納什均 衡點(diǎn)上，博弈過(guò)程中的每個(gè)參與者都是單方面優(yōu)化的，并且沒(méi)有參與者可以通過(guò)改變自身 策略使得總的效益函數(shù)發(fā)生改變。首先，對(duì)目標(biāo)函數(shù)分別進(jìn)行關(guān)于波束成形矢量和功率矢 量的一次求導(dǎo)，得到波束成形矢量乂"1和功率矢量其中n表示迭代次數(shù)，并初始化波束 成形矢量和功率矢量。然后，在每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)隙中，進(jìn)行聯(lián)合波束成形矢量和功率矢量迭 代，控制波束成形矢量和功率矢量，直到系統(tǒng)總效益開(kāi)始收斂并穩(wěn)定，即穩(wěn)定的系統(tǒng)效益值 為最大化的系統(tǒng)總效益值。最后，此效益值對(duì)應(yīng)的波束成形矢量/r和功率值即為聯(lián)合 波束成形和功率控制的最優(yōu)解，BP :
[0083] {〇r} = ar 民艦(W) Ic G'Y 2^3. * * n [
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種CoMP系統(tǒng)中基于聯(lián)合波束成形與功率控制的頻譜拍賣(mài)方法，其特征在于，包括 以下步驟： (1) 建立基于頻譜拍賣(mài)的CoMP系統(tǒng)模型： 1) 設(shè)定CoMP系統(tǒng)中存在三個(gè)協(xié)作小區(qū)，每個(gè)協(xié)作小區(qū)中都有一個(gè)eNB，三個(gè)eNB輪換扮 演中央單元的角色；中央單元不僅負(fù)責(zé)協(xié)作小區(qū)中用戶的聯(lián)合數(shù)據(jù)傳輸，改善用戶的數(shù)據(jù) 吞吐量，還在拍賣(mài)過(guò)程中充當(dāng)頻譜經(jīng)紀(jì)人；用戶設(shè)備均勻地分布在每個(gè)協(xié)作小區(qū)的邊緣附 近，用戶設(shè)備劃分為授權(quán)用戶設(shè)備和未授權(quán)用戶設(shè)備，未授權(quán)用戶設(shè)備數(shù)量為η;小區(qū)中的 每個(gè)eNB配置η/3 XI天線，小區(qū)中的每個(gè)用戶設(shè)備配置一個(gè)單天線;CoMP的每個(gè)幀結(jié)構(gòu)中包 含一個(gè)拍賣(mài)時(shí)隙，用于進(jìn)行空閑信道的拍賣(mài)過(guò)程； 2) 在CoMP系統(tǒng)中，擁有空閑頻帶用戶為授權(quán)用戶設(shè)備，所述空閑頻帶可以劃分為多個(gè) 空閑信道，授權(quán)用戶設(shè)備可通過(guò)拍賣(mài)的方式出售空閑信道獲取收益;希望通過(guò)拍賣(mài)得到空 閑信道改善自身通信質(zhì)量的用戶為未授權(quán)用戶設(shè)備;設(shè)定CoMP系統(tǒng)中的授權(quán)用戶設(shè)備為賣(mài) 家，未授權(quán)用戶設(shè)備為買(mǎi)家；同時(shí)假定在該拍賣(mài)模型中，存在一個(gè)授權(quán)用戶設(shè)備和多個(gè)未授 權(quán)用戶設(shè)備，即只有一個(gè)賣(mài)家和多個(gè)買(mǎi)家;買(mǎi)家集合為N= {1，2，3... η}，待出售的空閑頻帶 集合0={(31，〇2,〇3...(^}，待拍賣(mài)的空閑信道數(shù)量供大于求，即8多11;每輪拍賣(mài)過(guò)程中，只決 定一個(gè)最終贏家，并且該贏家有且只能獲取一個(gè)空閑信道； 3) 在每個(gè)拍賣(mài)時(shí)隙中，采用維克利拍賣(mài)方案對(duì)賣(mài)家持有的多個(gè)空閑信道進(jìn)行有效分 配;首先，買(mǎi)家i對(duì)待出售的空閑信道集合C中的α頻段密封出價(jià)bi給中央單元，中央單元收 集所有的未授權(quán)用戶設(shè)備出價(jià)，得到出價(jià)矩陣B，B= [bi，b2，b3. . .bn];然后，中央單元通過(guò) 貪婪準(zhǔn)則選擇第一輪拍賣(mài)贏家，記本輪僅次于最高出價(jià)的出價(jià)為blh，最高出價(jià)者為本輪贏 家，同時(shí)按照維克利拍賣(mài)出價(jià)準(zhǔn)則，該贏家通過(guò)支付b lh獲取空閑信道&，此時(shí)記錄ai = l;假 如本輪因?yàn)樽罡叱鰞r(jià)與第二高出價(jià)相同，未選出贏家，記錄ai = 0;最后，更新買(mǎi)家集合N和 空閑信道集合C，即在買(mǎi)家集合中，刪除已獲得空閑信道的買(mǎi)家;在空閑信道集合中，刪除已 經(jīng)出租的空閑信道C 1; 4) 重復(fù)步驟3)，直至所有買(mǎi)家通過(guò)上述CoMP系統(tǒng)模型競(jìng)拍得到各自所需信道； (2) 基于買(mǎi)家信道出價(jià)的目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化： 1)首先設(shè)計(jì)了 CoMP系統(tǒng)中未授權(quán)用戶設(shè)備的信號(hào)接收模型，假定第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè) 備是協(xié)作小區(qū)i中的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備；則第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的信號(hào)接收模型外表 示為：⑴ U7=l 上式中，Pij表示第k個(gè)未授權(quán)用戶對(duì)應(yīng)的第i個(gè)小區(qū)中的eNB的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的 傳輸功率，同理，Paj表示第a個(gè)小區(qū)中的eNB的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的傳輸功率;hij表示第 i個(gè)小區(qū)中的eNB的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的信道系數(shù)，同理，ha謙示第a個(gè)小區(qū)中的eNB的第 j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的信道系數(shù);表示協(xié)作小區(qū)i中的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的波束成形 矢量，同理，faj表示協(xié)作小區(qū) a中的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的波束成形矢量;Xij表示協(xié)作小 區(qū)i中的第j個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的傳輸信號(hào)矢量，同理，表示協(xié)作小區(qū)a中的第j個(gè)未授權(quán) 用戶設(shè)備的傳輸信號(hào)矢量;n k表示加性噪聲矢量，該矢量是均值為零，方差為〇1{2的復(fù)雜高斯 噪聲表示第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的有用信?/表示第k個(gè)未授權(quán) 用戶設(shè)備設(shè)備所受到的相鄰小區(qū)eNB傳輸?shù)男盘?hào)干擾;接著通過(guò)上述信號(hào)接收模型計(jì)算未 授權(quán)用戶設(shè)備的信干噪比，則第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的信干噪為：(2) a準(zhǔn)j 2) 利用協(xié)作多點(diǎn)的協(xié)作調(diào)度/協(xié)作波束成形(CoMP-CS/CB)技術(shù)對(duì)協(xié)作小區(qū)中的未授權(quán) 用戶設(shè)備的信干噪比進(jìn)行處理，各個(gè)協(xié)作小區(qū)中的eNB除了獲取駐留在小區(qū)內(nèi)的未授權(quán)用 戶設(shè)備的信道信息之外，還要獲取協(xié)作小區(qū)的調(diào)度信息和未授權(quán)用戶設(shè)備的信道信息；中 央單元通過(guò)eNB與用戶設(shè)備的數(shù)據(jù)鏈路獲取上述信息，然后對(duì)第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的信干 噪比利用CoMP系統(tǒng)的協(xié)作調(diào)度和波束成形技術(shù)進(jìn)行處理;根據(jù)公式(2)，可得到第k個(gè)未授 權(quán)用戶設(shè)備經(jīng)處理后的信干噪比：(3) 3) 定義每個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備對(duì)空閑信道的估價(jià)為未授權(quán)用戶設(shè)備使用拍賣(mài)得到的空 閑信道所獲取的吞吐量，假設(shè)互為每個(gè)空閑信道的帶寬；則第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備對(duì)空閑信 道的估價(jià)函數(shù)為：(4) 授權(quán)用戶設(shè)備的總收益為所有未授權(quán)用戶設(shè)備對(duì)單位空閑信道的估價(jià)值，因此授權(quán)用 戶設(shè)備的收益函數(shù)為：(5) 4) 定義每個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備的效益為自身通過(guò)拍賣(mài)信道獲取的吞吐量減去成本;cke {0，1}表示第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備是否可以在拍賣(mài)過(guò)程中獲取空閑信道，因此，每個(gè)未授權(quán) 用戶設(shè)備的效益函數(shù)為：(6) 上式中，Ck=l表示第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備在拍賣(mài)過(guò)程中獲取空閑信道，反之，ck = 0表示 第k個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備在拍賣(mài)過(guò)程中未獲取空閑信道;α表示成本影響因子;萬(wàn)log2(l+L)表 示未授權(quán)用戶設(shè)備k在拍賣(mài)過(guò)程中得到的吞吐量收益，a Pl」hdu |2表示未授權(quán)用戶設(shè)備k 在拍賣(mài)過(guò)程中的成本； 根據(jù)公式(6)即可得到未授權(quán)用戶設(shè)備的總效益函數(shù)，該效益函數(shù)即為系統(tǒng)效益函數(shù) 療，即： (7) 將未授權(quán)用戶設(shè)備的效益函數(shù)設(shè)為目標(biāo)函數(shù)，該目標(biāo)函數(shù)的效益最大化即為優(yōu)化目 標(biāo)，則上述目標(biāo)函數(shù)表示為：(8) (3)建立拍賣(mài)模型： 1) 拍賣(mài)模型中，參與者是每個(gè)未授權(quán)用戶設(shè)備，每個(gè)參與者的效益，表示為每個(gè)未授權(quán) 用戶設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)空閑信道的效益函數(shù)；；采用博弈策略優(yōu)化未授權(quán)用戶設(shè)備的總效益函數(shù)，博 弈策略是聯(lián)合波束成形和功率控制優(yōu)化未授權(quán)用戶設(shè)備的總效益函數(shù);該拍賣(mài)模型的優(yōu)化 變量為經(jīng)過(guò)CoMP系統(tǒng)協(xié)作調(diào)度和協(xié)作波束成形處理過(guò)的信干噪比變量； 2) 為了得到目標(biāo)函數(shù)的最終結(jié)果，拍賣(mài)過(guò)程中，選取納什均衡點(diǎn)為參考標(biāo)準(zhǔn)；首先，對(duì) 目標(biāo)函數(shù)分別進(jìn)行關(guān)于波束成形矢量和功率矢量的一次求導(dǎo)，得到波束成形矢量/Γ 1和功 率矢量，其中η表示迭代次數(shù)，并初始化波束成形矢量和功率矢量;然后，在每個(gè)數(shù)據(jù)傳 輸時(shí)隙中，進(jìn)行聯(lián)合波束成形矢量和功率矢量迭代，控制波束成形矢量和功率矢量，直到系 統(tǒng)總效益開(kāi)始收斂并穩(wěn)定，穩(wěn)定的系統(tǒng)效益值為最大化的系統(tǒng)總效益值;最后，此效益值對(duì) 應(yīng)的波束成形矢量和功率值即為聯(lián)合波束成形和功率控制的最優(yōu)解，ΒΡ:(14)2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CoMP系統(tǒng)中基于聯(lián)合波束成形與功率控制的頻譜拍賣(mài)方法， 其特征在于，在拍賣(mài)過(guò)程中，中央單元不僅可以將小區(qū)內(nèi)的其它eNB連接起來(lái)，還通過(guò)回程 鏈路信道狀態(tài)信息反饋情況對(duì)協(xié)作小區(qū)中的未授權(quán)用戶設(shè)備進(jìn)行協(xié)作調(diào)度和協(xié)作波束成 形處理，避免小區(qū)用戶受到干擾限制，提升協(xié)作小區(qū)中用戶的數(shù)據(jù)吞吐量。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的CoMP系統(tǒng)中基于聯(lián)合波束成形與功率控制的頻譜拍賣(mài)方法， 其特征在于，所述中央單元通過(guò)接口是X2的回程鏈路得到協(xié)作小區(qū)中其它eNB的信道狀態(tài) 信息反饋。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的CoMP系統(tǒng)中基于聯(lián)合波束成形與功率控制的頻譜拍賣(mài)方 法，其特征在于，所述信道狀態(tài)信息反饋包括信道質(zhì)量指示和信道方向信息。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CoMP系統(tǒng)中基于聯(lián)合波束成形與功率控制的頻譜拍賣(mài)方法， 其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)還具有如下限制條件：公式(9)-(11)的設(shè)定是為了保證未授權(quán)用戶設(shè)備的服務(wù)質(zhì)量，其中ylim表示每個(gè)未授 權(quán)用戶設(shè)備的信干噪比的最小需求;公式（12)的設(shè)定是為了保證拍賣(mài)過(guò)程中授權(quán)用戶設(shè)備 的收益，Ulim表示拍賣(mài)過(guò)程中授權(quán)用戶設(shè)備理論獲得的最小收益;公式（13)的設(shè)定是為了保 證來(lái)自于協(xié)作小區(qū)中演進(jìn)型基站所得到的總傳輸功率受到理論總傳輸功率特定閾值的約 束，Ρτ表示設(shè)定的總傳輸功率的特定閾值。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CoMP系統(tǒng)中基于聯(lián)合波束成形與功率控制的頻譜拍賣(mài)方法， 其特征在于，步驟（1)中，所述空閑信道擁有相同帶寬;所述博弈策略為聯(lián)合波束成形和功 率控制優(yōu)化未授權(quán)用戶設(shè)備的總效益函數(shù)。
【文檔編號(hào)】H04W16/10GK105959957SQ201610260706
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日
【發(fā)明人】趙峰, 苗彥濤, 陳宏濱
【申請(qǐng)人】桂林電子科技大學(xué)