一種基于拍賣的CoMP系統(tǒng)的動態(tài)頻譜分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于拍賣的CoMP系統(tǒng)的動態(tài)頻譜分 配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著新一代移動通信技術(shù)的快速發(fā)展，用戶對無線通信的業(yè)務(wù)需求不斷提高，如 何提高無線通信系統(tǒng)的頻譜利用率，如何提高無線通信業(yè)務(wù)的吞吐量，一直都是無線通信 領(lǐng)域迫切關(guān)注的焦點?；趯ξ磥頍o線通信寬帶高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，第=代伙伴計 劃(3GPP)展開了面向4G的研究工作。協(xié)作多點傳輸(Coordinated Multi-point,CoMP)系統(tǒng) 由于可W通過改善小區(qū)邊緣用戶的通信質(zhì)量，從而提高整體通信系統(tǒng)的吞吐量，因此被廣 泛認(rèn)為是4G移動通信發(fā)展過程中最具有潛力的候選技術(shù)之一。
[0003] 盡管CoMP系統(tǒng)的引入為頻譜資源分配帶來了新的活力，但是固有的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，各個頻帶之間具有相對獨立的調(diào)度。然而，運種頻帶劃分靈活 性差，導(dǎo)致CoMP系統(tǒng)的頻譜利用率較低。由于頻譜資源的稀缺性和不可再生性，如何在CoMP 系統(tǒng)中將有限的頻譜資源動態(tài)分配，進而提高CoMP系統(tǒng)的頻譜利用率也是今后研究CoMP系 統(tǒng)的重點。
[0004] 拍賣理論是一種基于市場機制，兼具公平性和高效性，被廣泛應(yīng)用于無線通信系 統(tǒng)中分配有限的資源。為了提高CoMP系統(tǒng)的頻譜利用率，我們在CoMP系統(tǒng)中，引入拍賣理 論，設(shè)計了一種基于拍賣機制的多頻帶多贏家的動態(tài)頻譜分配方法。該方法結(jié)合了 CoMP系 統(tǒng)和拍賣理論，不僅可W利用CoMP系統(tǒng)中的協(xié)作多點聯(lián)合處理(CoMP-肝)技術(shù)改善小區(qū)用 戶的數(shù)據(jù)吞吐量，還可W通過動態(tài)拍賣的形式提高CoMP系統(tǒng)的頻譜利用率和系統(tǒng)收益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對CoMP系統(tǒng)中的授權(quán)用戶擁有空閑頻帶的情形，結(jié)合CoMP系 統(tǒng)和拍賣理論，提出一種基于拍賣的CoMP系統(tǒng)的多頻帶多贏家的動態(tài)頻譜分配方法。該動 態(tài)頻譜分配方法包括=個階段：拍賣準(zhǔn)備階段，拍賣階段，整理階段。本發(fā)明主要考慮了 CoMP系統(tǒng)中的授權(quán)用戶擁有多個空閑頻帶，在未授權(quán)用戶相互干擾的情況下，通過拍賣的 方式對CoMP系統(tǒng)中的空閑頻帶進行動態(tài)分配，選出多個贏家，并利用CoMP系統(tǒng)的聯(lián)合傳輸 技術(shù)提升贏家的數(shù)據(jù)吞吐量。該發(fā)明提出的基于拍賣的多頻帶多贏家的動態(tài)頻帶分配方 法，貼合實際通信背景，用于提升CoMP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量，頻譜利用率W及整體收益。
[0006] 本發(fā)明首先假定在CoMP系統(tǒng)中，存在未授權(quán)用戶和授權(quán)用戶。授權(quán)用戶擁有空閑 頻帶，可W通過拍賣的形式提升自身收益;未授權(quán)用戶可W通過租賃的方式持有空閑頻帶， 改善自身的通信質(zhì)量。然后，為了貼合通信實際，保證贏家的通信質(zhì)量，通過設(shè)計干擾矩陣， 對參與競拍的未授權(quán)用戶的干擾情況進行統(tǒng)計。最后，依據(jù)上述條件，我們提出一種基于拍 賣理論的多頻帶多贏家的動態(tài)頻帶分配方法，對授權(quán)用戶的空閑頻帶進行拍賣，根據(jù)干擾 矩陣和拍賣規(guī)則決定贏家，并利用CoMP系統(tǒng)中的聯(lián)合傳輸技術(shù)提升贏家的數(shù)據(jù)吞吐量。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0008] 一種基于拍賣的CoMP系統(tǒng)的動態(tài)頻譜分配方法，通過基于拍賣機制的CoMP系統(tǒng)模 型和干擾矩陣設(shè)計一種多頻段多贏家的動態(tài)頻譜分配方法，對CoMP系統(tǒng)的空閑頻帶進行有 效分配，包括如下步驟：
[0009] (1)拍賣準(zhǔn)備階段：
[0010] 1)在CoMP系統(tǒng)中，假定擁有空閑頻帶的用戶為授權(quán)用戶，授權(quán)用戶可W通過拍賣 空閑頻帶獲得暫時收益;假定參與競拍出價的用戶為未授權(quán)用戶，未授權(quán)用戶可W通過競 拍的方式持有空閑頻帶改善通信質(zhì)量；同時假定每個授權(quán)用戶擁有一個待拍賣的空閑頻 帶，所有的待拍賣頻帶無差異化特征，并且待拍賣的空閑頻帶數(shù)量供大于求;未授權(quán)用戶為 買家，買家集合為N={l，2,3...n};授權(quán)用戶是賣家，賣家集合為S={l，2,3，...s};待出售 的空閑頻帶集合為〔=山1，。2，。3...。3};
[001 U 2)CoMP系統(tǒng)中存在S個協(xié)作小區(qū)，每個協(xié)作小區(qū)中都有一個演進型基站(eNB)，S 個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，還在拍賣過程中充當(dāng)頻譜經(jīng)紀(jì)人；
[0012] 3)中央單元廣播拍賣信息，拍賣信息包括收集到的空閑頻帶數(shù)量、未授權(quán)用戶的 地理信息和待出售的空閑頻帶平均底價Pc。為了保證拍賣過程中每一輪贏家的通信質(zhì)量， 中央單元通過收集到的未授權(quán)用戶的地理位置信息和干擾規(guī)則，設(shè)定干擾矩陣I。該干擾矩 陣I是一個n行n列的矩陣。
[001引（2)拍賣階段：
[0014] 1)未授權(quán)用戶i對待出售的空閑頻段集合C中的Cl頻段通過密封出價的方式出價bi 給中央單元，即各個未授權(quán)用戶出價信息是相互獨立且密封的。中央單元收集所有的未授 權(quán)用戶出價，得到出價矩陣8,6=化1，62,63....^]。中央單元通過貪婪準(zhǔn)則選擇第一輪拍 賣贏家，記本輪最高出價為bih，最高出價者為本輪贏家。同時將頻段Cl分配給該贏家，記錄 ai=l。假如本輪未選出贏家，曰1 = 〇。
[0015] 2)中央單元聯(lián)合協(xié)作小區(qū)中的所有的eNB,對贏家進行聯(lián)合處理，通過CoMP的聯(lián)合 處理技術(shù)將贏家的干擾信號轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏眯盘枺纳期A家的數(shù)據(jù)吞吐量。隨后，更新買家集合 N和贏家集合W。中央單元在買家集合N中剔除本輪贏家，在贏家集合W中計入本輪贏家，并將 已經(jīng)分配的頻帶從空閑頻段集合C中剔除。
[0016] 3)中央單元按照協(xié)作小區(qū)順序進行輪換，開始第二輪拍賣。中央單元收集頻段出 價信息，并根據(jù)貪婪準(zhǔn)則和干擾矩陣設(shè)定，尋找出價最高的未授權(quán)用戶，將其確定為候選贏 家。然后，假如本輪候選贏家與第一輪贏家出現(xiàn)干擾，則將本輪候選贏家舍棄，即32 = 0,同 時將其加入到舍棄的贏家集合Naban;假如本輪候選贏家沒有與第一輪贏家出現(xiàn)干擾情況， 則確定該候選贏家本輪拍賣贏家，即32= 1。同理，對贏家進行聯(lián)合處理，更新未授權(quán)用戶集 合N和贏家集合W;重復(fù)拍賣階段的步驟，直到買家集合N為空集；
[0017] (3)整理階段：
[0018] 1)將由于設(shè)定的干擾規(guī)則而被舍棄的贏家集合Naban進行整理，并在協(xié)作小區(qū)范圍 內(nèi)對集合Naban中的元素重新選擇隨機位置；
[0019] 2)將舍棄的贏家集合Naban加入買家集合N，重復(fù)拍賣階段過程，直到舍棄的贏家集 合Naban為空集，得到最終的分配集合A= {曰1，曰2，曰3...an巧日贏家集合W，根據(jù)公式（I)計算系 統(tǒng)的最終效益值U
(1)
[0021] 所述干擾規(guī)則為:若第i個未授權(quán)用戶和第j個未授權(quán)用戶之間距離小于2Ri米，貝U i與j之間存在干擾，對應(yīng)的干擾矩陣I的第i行，第j列的值為1，即Iu=I;反之，若第i個未授 權(quán)用戶和第j個未授權(quán)用戶之間距離大于或等于2Ri米，則i與j之間不存在干擾，Iu = O;其 中Ri為干擾矩陣I中未授權(quán)用戶的干擾半徑距離。
[0022] 所述拍賣階段的步驟2)中，中央單元通過接口是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。中央單元根據(jù)上述回程鏈路的信道狀態(tài)信息反饋情況對協(xié)作小區(qū)中的用戶進行聯(lián) 合處理，將用戶接受到的干擾信號轉(zhuǎn)化為有用信號，提升協(xié)作小區(qū)中用戶的數(shù)據(jù)吞吐量。
[0023] 在拍賣過程中，為了保證已獲得頻帶贏家的通信質(zhì)量，若本輪贏家和首輪拍賣贏 家有干擾，將本輪拍賣的贏家舍棄，并將該舍棄的贏家加入到舍棄的贏家集合Naban中，即本 輪沒有決定出贏家;后續(xù)拍賣過程按照第二輪設(shè)置的規(guī)則繼續(xù)，直到買家集合為空集。
[0024] 所述整理階段中計算系統(tǒng)的最終效益值的U還具有W下限制條件：
[0025] aie{0，l}，i = l，2,3. . .S (2)
[0026] bi 么 Pc'yi: (3)
[0027] A 么 1，Vf J 礦與=1 (4)
[0028] 其中，^11是每輪拍賣過程的頻段1的分配參數(shù)，曰^是每輪拍賣過程的頻段^'的分配參 數(shù);S為賣家所擁有的待拍賣的頻段數(shù)量;Pc為待出售頻段的平均底價;bi為每輪拍賣過程中 買家i的出價;Iu = I表示第i個未授權(quán)用戶和第j個未授權(quán)用戶相互干擾。限制條件(2)規(guī)定 每輪拍賣過程中，贏家只能獲取一個單個頻段;限制條件(3)規(guī)定每輪拍賣過程中的買家出 價必須大于中央單元設(shè)定的頻段平均底價;限制條件(4)為保證相互干擾的用戶在每次循 環(huán)拍賣過程中不能同時成為贏家。
[0029] 本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明可用于對CoMP系統(tǒng)中的空閑頻帶進行有效分配。尤 其通過結(jié)合拍賣理論和CoMP系統(tǒng)的聯(lián)合傳輸技術(shù)，改善協(xié)作小區(qū)用戶的數(shù)據(jù)吞吐量，提高 CoMP系統(tǒng)的頻譜利用率和系統(tǒng)收益，有益于CoMP系統(tǒng)中的頻譜分配方法從靜態(tài)走向動態(tài)， 更加貼近于實際應(yīng)用。本發(fā)明具有一定的實際應(yīng)用背景，具有易操作、易實現(xiàn)、易擴展等優(yōu) 點。
【附圖說明】
[0030] 圖1為基于拍賣的CoMP系統(tǒng)模型示意圖；
[0031 ]圖2為基于拍賣的CoMP系統(tǒng)的多頻帶多贏家動態(tài)頻譜分配方法示意圖；
[0032] 圖3為基于拍賣的CoMP系統(tǒng)的多頻帶多贏家動態(tài)頻譜分配方法流程圖。
【具體實施方式】
[0033] W下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明，但并不是對本發(fā)明的限定。
[0034] 如圖I所示，基于拍賣的CoMP系統(tǒng)模型示意圖中，小區(qū)I、小區(qū)2、小區(qū)3組成了CoMP 系統(tǒng)中的協(xié)作小區(qū)。協(xié)作小區(qū)中的用戶根據(jù)是否擁有空閑頻帶被劃分為授權(quán)用戶和非授權(quán) 用戶。授權(quán)用戶擁有空閑頻帶，可W通過拍賣空閑頻帶獲得暫時收益;非授權(quán)用戶可W通過 持有空閑頻帶而改善自身的通信質(zhì)量。協(xié)作小區(qū)中的授權(quán)用戶為賣家，非授權(quán)用戶為買家。 各個小區(qū)中的eNB可W作為整個協(xié)作小區(qū)內(nèi)的中央單元。在拍賣過程中，中央單元不僅可W 將小區(qū)內(nèi)的其他eNB連接起來，還同時扮演頻譜經(jīng)紀(jì)人的角色，負(fù)責(zé)頻帶的動態(tài)拍賣過程。 中央單元可W通過接口是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。中央單元根據(jù)回程鏈 路上述的信道狀態(tài)信息反饋情況對協(xié)作小區(qū)中的用戶進行聯(lián)合處理，將用戶接受到的干擾 信號轉(zhuǎn)化為有用信號，提升協(xié)作小區(qū)中用戶的數(shù)據(jù)吞吐量。在拍賣過程中，協(xié)作小區(qū)中的 eNB輪流充當(dāng)中央單元。每進行一輪拍賣，eNB按小區(qū)順序輪流扮演中央單元的角色。
[0035] 基于拍賣的CoMP系統(tǒng)的多頻帶多贏家動態(tài)頻譜分配方法的示意圖如圖2所示，賣 家集合是具有空閑頻帶的授