一種基于波束成形和功率分配的頻譜反拍賣的出價方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于波束成形和功率分配的頻譜反拍賣的出價方法，其特征在于，包括以下步驟：S1.建立反拍賣模型；S2.第三方基站進行波束成形和功率分配；S3.建立第三方基站擁有者的出價函數(shù)；S4.建立聯(lián)合預編碼與功率分配進行拍賣設(shè)計的目標函數(shù)。本發(fā)明，可以很好地保證蜂窩網(wǎng)流量分擔的頻譜反拍賣模型中第三方基站擁有者出價的合理性，從而真實的反應第三方基站擁有者所有空閑頻帶的真實價值，容易實現(xiàn)，便于擴展，將出價與第三方網(wǎng)絡(luò)吞吐量聯(lián)系起來，建立出價函數(shù)。并利用波束成形和功率分配來最大化反拍賣模型中第三方網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，優(yōu)化出價函數(shù)，進而保證反拍賣的真實性的特點。
【專利說明】
一種基于波束成形和功率分配的頻譜反拍賣的出價方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及移動通信技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于波束成形和功率分配的頻譜反拍 賣的出價方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著蜂窩網(wǎng)的用戶數(shù)和業(yè)務(wù)量的迅猛增長，帶寬需求也快速增大，這給移動網(wǎng)絡(luò) 設(shè)施產(chǎn)生巨大的挑戰(zhàn)。大量的移動用戶產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量，超過了蜂窩網(wǎng)絡(luò)的能力，因此也惡 化了向移動用戶提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。流量分擔概念就是為了解決以上問題而提出的，目 前已經(jīng)得到了廣泛的研究。而第三方基站(微蜂窩，WiFi基站等)憑借特有的優(yōu)勢成為卸載 移動數(shù)據(jù)的強有力候選者。S.Paris等制定了反向拍賣模型來考慮部分流量卸載問題。 D.Wei等提出了一種理想的、新穎的基于拍賣的激勵框架，考慮了蜂窩網(wǎng)絡(luò)負載在空間上的 動態(tài)變化，允許蜂窩服務(wù)供應商通過建立的反向拍賣模型利用第三方高頻段基站的頻譜資 源。在上述基于頻譜反拍賣的蜂窩網(wǎng)流量分擔的研究基礎(chǔ)上，考慮到頻譜反拍賣模型中第 三方基站擁有者出價的合理性，將出價與第三方網(wǎng)絡(luò)吞吐量聯(lián)系起來，建立出價函數(shù)，為此 提出一種基于波束成形和功率分配的頻譜反拍賣的出價方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于波束成形和功率分配的頻譜反拍賣的出價方法， 以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種基于波束成形和功率分配的頻 譜反拍賣的出價方法，包括以下步驟：
[0005] S1.建立反拍賣模型:蜂窩網(wǎng)和第三方基站構(gòu)建成反拍賣模型，至少還提供一個拍 賣控制中心，拍賣控制中心在反拍賣模型中根據(jù)蜂窩網(wǎng)的負載變化將一天分解為K個時間 段，kG {1,2,...，K}表不某一時間段，每個時間段對應著蜂窩網(wǎng)的一個流量分擔目標dk，第 三方基站i G {1，2,. . .，1}對每個時間段進行投標并表示為blk= {Blk，vlk}，其中，Blk表示第 三方基站i第k時間段的空閑頻帶的寬度，vik表示第三方基站i對第k段時間自身空閑頻帶的 出價，拍賣控制中心收集、整理出價者的競標信息，通過拍賣的支付規(guī)則，保障拍賣的真實 性和有效性，兼顧賣家和買家的利益，實現(xiàn)整個拍賣系統(tǒng)的效用最大化；
[0006] S2.第三方基站進行波束成形和功率分配:設(shè)第三方基站天線端N待發(fā)射信號向量 S=[si，s2,. . .，SM]T，其中T表示轉(zhuǎn)置，經(jīng)過預編碼得到第三方基站天線N端的發(fā)射信號向量 X = FPS，其中？=[心，5,......，fM]是波束成形向量，fm表示第m個蜂窩網(wǎng)用戶的波束成形 矩陣（1XM)，| |fm| |=l，P = tiiag[_^，v/7f,......]是發(fā)射功率矩陣，Pm是對應第m個蜂窩 網(wǎng)用戶的發(fā)射功率，經(jīng)信道發(fā)送后，可以求得第m個蜂窩網(wǎng)用戶的接收信號，授權(quán)用戶的接 收信號，第m蜂窩用戶的信干比以及第m蜂窩用戶的吞吐量；
[0007] S3.建立第三方基站擁有者的出價函數(shù):第三方基站包括擁有者在進行頻譜反拍 賣時的出價與其本身的吞吐量，將第三方基站i在時段k的出價定義為：
[_] % =~鳥 i>g2 (1 + ) m=\
[0009]其中y ik表示基站i對時段k的頻帶出售的意向度，Bik表示基站i在時段k的空閑頻 帶寬度；
[0010] S4.建立聯(lián)合預編碼與功率分配進行拍賣設(shè)計的目標函數(shù):聯(lián)合預編碼與功率分 配進行拍賣設(shè)計的優(yōu)化目標函在干擾約束功率約束，總發(fā)射功率約束，和單個蜂窩用戶信 干比約束下，最大化AP基站的吞吐量。
[0011]優(yōu)選的，所述S2步驟中的第m個蜂窩網(wǎng)用戶的接收信號為： _ M
[0012] + +Z +~其中 hm 表示 ，. 第三方基站天線N端到第m個蜂窩網(wǎng)用戶的信道系數(shù)矩陣，pa表示授權(quán)用戶的發(fā)射功率，gm是 第三方基站天線A端到第m個蜂窩網(wǎng)用戶的信道系數(shù)，x是授權(quán)用戶的發(fā)射信號，1^是均值為 M 零、方差為〇2的加性高斯白噪聲，授權(quán)用戶的接收信號是+ +% 擇1 ,
[0013] ga是第三方基站A端到授權(quán)用戶的信道系數(shù)，第m蜂窩用戶的信干比在假設(shè)信道系 數(shù)在一個時隙內(nèi)保持不變的條件下計算為：
[0015] 第m蜂窩用戶的吞吐量根據(jù)香農(nóng)公式可以得：
[0016] Cm=log2(l+SINRm)〇
[0017] 優(yōu)選的，所述S4步驟中的聯(lián)合預編碼與功率分配進行拍賣設(shè)計的目標函數(shù)為：
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明可以很好地保證蜂窩網(wǎng)流量分擔 的頻譜反拍賣模型中第三方基站擁有者出價的合理性，從而真實的反應第三方基站擁有者 所有空閑頻帶的真實價值，容易實現(xiàn)，便于擴展，將出價與第三方網(wǎng)絡(luò)吞吐量聯(lián)系起來，建 立出價函數(shù)。并利用波束成形和功率分配來最大化反拍賣模型中第三方網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，優(yōu) 化出價函數(shù)，進而保證反拍賣的真實性的特點。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明蜂窩網(wǎng)中流量分擔的網(wǎng)絡(luò)模型示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明第三方基站無線網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0024]請參閱圖1-2,本發(fā)明提供一種技術(shù)方案:一種基于波束成形和功率分配的頻譜反 拍賣的出價方法，包括以下步驟：
[0025] S1.建立反拍賣模型：蜂窩網(wǎng)和第三方基站構(gòu)建成反拍賣模型，至少還提供一個拍 賣控制中心，拍賣控制中心在反拍賣模型中根據(jù)蜂窩網(wǎng)的負載變化將一天分解為K個時間 段，kG {1,2,...，K}表不某一時間段，每個時間段對應著蜂窩網(wǎng)的一個流量分擔目標dk，第 三方基站i G {1，2,. . .，1}對每個時間段進行投標并表示為blk= {Blk，Vlk}，其中，Blk表示第 三方基站i第k時間段的空閑頻帶的寬度，vik表示第三方基站i對第k段時間自身空閑頻帶的 出價，拍賣控制中心收集、整理出價者的競標信息，通過拍賣的支付規(guī)則，保障拍賣的真實 性和有效性，兼顧賣家和買家的利益，實現(xiàn)整個拍賣系統(tǒng)的效用最大化；
[0026] S2.第三方基站進行波束成形和功率分配:設(shè)第三方基站天線端N待發(fā)射信號向量 S=[si，s2,. . .，sm]t，其中T表示轉(zhuǎn)置，經(jīng)過預編碼得到第三方基站天線N端的發(fā)射信號向量 X = FPS，其中......，fM]是波束成形向量，fm表示第m個蜂窩網(wǎng)用戶的波束成形 矩陣（1 XM)，| | fm | | = 1，P = 是發(fā)射功率矩陣，對應第m個蜂窩 網(wǎng)用戶的發(fā)射功率，經(jīng)信道發(fā)送后，可以求得第m個蜂窩網(wǎng)用戶的接收信號，授權(quán)用戶的接 收信號，第m蜂窩用戶的信干比以及第m蜂窩用戶的吞吐量，S2步驟中的第m個蜂窩網(wǎng)用戶的 接收信號為： _ M.
[0027] =h;> 十 + 第三方基站天線N端到第m個蜂窩網(wǎng)用戶的信道系數(shù)矩陣，Pa表示授權(quán)用戶的發(fā)射功率，gm是 第三方基站天線A端到第m個蜂窩網(wǎng)用戶的信道系數(shù)，x是授權(quán)用戶的發(fā)射信號，1^是均值為 零、方差為〇2的加性高斯白噪聲，授權(quán)用戶的接收信號是:夂=J +凡 ,'=1 ，
[0028] ga是第三方基站A端到授權(quán)用戶的信道系數(shù)，第m蜂窩用戶的信干比在假設(shè)信道系 數(shù)在一個時隙內(nèi)保持不變的條件下計算為：
[0030] 第m蜂窩用戶的吞吐量根據(jù)香農(nóng)公式可以得：
[0031] Cm=l〇g2(l+SINRm)；
[0032] S3.建立第三方基站擁有者的出價函數(shù):第三方基站包括擁有者在進行頻譜反拍 賣時的出價與其本身的吞吐量，將第三方基站i在時段k的出價定義為： Af
[0033] vik = fikBik Y, l〇g2 (1 + SINR;") m=\
[0034] 其中y ik表示基站i對時段k的頻帶出售的意向度，Bik表示基站i在時段k的空閑頻 帶寬度；
[0035] S4.建立聯(lián)合預編碼與功率分配進行拍賣設(shè)計的目標函數(shù):聯(lián)合預編碼與功率分 配進行拍賣設(shè)計的優(yōu)化目標函在干擾約束功率約束，總發(fā)射功率約束，和單個蜂窩用戶信 干比約束下，最大化AP基站的吞吐量，S4步驟中的聯(lián)合預編碼與功率分配進行拍賣設(shè)計的 目標函數(shù)為：
[0038]可以很好地保證蜂窩網(wǎng)流量分擔的頻譜反拍賣模型中第三方基站擁有者出價的 合理性，從而真實的反應第三方基站擁有者所有空閑頻帶的真實價值，容易實現(xiàn)，便于擴 展，將出價與第三方網(wǎng)絡(luò)吞吐量聯(lián)系起來，建立出價函數(shù)。并利用波束成形和功率分配來最 大化反拍賣模型中第三方網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，優(yōu)化出價函數(shù)，進而保證反拍賣的真實性的特點。 [0039]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(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這些實施例進行多種變化、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。
【主權(quán)項】
1. 一種基于波束成形和功率分配的頻譜反拍賣的出價方法，其特征在于，包括以下步 驟：51. 建立反拍賣模型:蜂窩網(wǎng)和第三方基站構(gòu)建成反拍賣模型，至少還提供一個拍賣控 制中心，拍賣控制中心在反拍賣模型中根據(jù)蜂窩網(wǎng)的負載變化將一天分解為K個時間段，k e {1，2,...，K}表不某一時間段，每個時間段對應著蜂窩網(wǎng)的一個流量分擔目標dk，第三方 基站1￡{1，2，...，1}對每個時間段進行投標并表示為1^={8 11{^11{}，其中，811{表示第三方 基站i第k時間段的空閑頻帶的寬度，Vik表示第三方基站i對第k段時間自身空閑頻帶的出 價，拍賣控制中心收集、整理出價者的競標信息，通過拍賣的支付規(guī)則，保障拍賣的真實性 和有效性，兼顧賣家和買家的利益，實現(xiàn)整個拍賣系統(tǒng)的效用最大化；52. 第三方基站進行波束成形和功率分配:設(shè)第三方基站天線端N待發(fā)射信號向量S = [S1，S2,. . .，SM]T，其中T表示轉(zhuǎn)置，經(jīng)過預編碼得到第三方基站天線N端的發(fā)射信號向量X = FPS，其中F= [ f i，f 2，......，fM]是波束成形向量，fm表示第m個蜂窩網(wǎng)用戶的波束成形矩陣 (1XM)，| |fm| | =1是發(fā)射功率矩陣，Pm是對應第m個蜂窩網(wǎng)用 戶的發(fā)射功率，經(jīng)信道發(fā)送后，可以求得第m個蜂窩網(wǎng)用戶的接收信號，授權(quán)用戶的接收信 號，第m蜂窩用戶的信干比以及第m蜂窩用戶的吞吐量；53. 建立第三方基站擁有者的出價函數(shù):第三方基站包括擁有者在進行頻譜反拍賣時 的出價與其本身的吞吐量，將第三方基站i在時段k的出價定義為：其中γ ik表示基站i對時段k的頻帶出售的意向度，Bik表示基站i在時段k的空閑頻帶寬 度；54. 建立聯(lián)合預編碼與功率分配進行拍賣設(shè)計的目標函數(shù):聯(lián)合預編碼與功率分配進 行拍賣設(shè)計的優(yōu)化目標函在干擾約束功率約束，總發(fā)射功率約束，和單個蜂窩用戶信干比 約束下，最大化AP基站的吞吐量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于波束成形和功率分配的頻譜反拍賣的出價方法，其 特征在于:所述S2步驟中的第m個蜂窩網(wǎng)用戶的接收信號為： 其中hm表不第二方i=ijT-rn ， 基站天線N端到第m個蜂窩網(wǎng)用戶的信道系數(shù)矩陣，Pa表示授權(quán)用戶的發(fā)射功率，8"是第三方 基站天線A端到第m個蜂窩網(wǎng)用戶的信道系數(shù)，X是授權(quán)用戶的發(fā)射信號，nm是均值為零、方 差為σ2的加性高斯白噪聲，授權(quán)用戶的接收信號逼7 ga是第三方基站Α端到授權(quán)用戶的信道系數(shù)，第m蜂窩用戶的信干比在假設(shè)信道系數(shù)在 一個時隙內(nèi)保持不變的條件下計算為：第m蜂窩用戶的吞吐量根據(jù)香農(nóng)公式可以得： Cm=log2(l+SINRm)〇3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于波束成形和功率分配的頻譜反拍賣的出價方法，其 特征在于:所述S4步驟中的聯(lián)合預編碼與功率分配進行拍賣設(shè)計的目標函數(shù)為：
【文檔編號】H04W16/10GK105959958SQ201610403958
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】趙峰, 許曉菲, 陳宏濱
【申請人】桂林電子科技大學