一种CoMP系统中基于不完美频谱检测的频谱拍卖方法技术方案

本发明专利技术提供了一种CoMP系统中基于不完美频谱检测的频谱拍卖方法，包括以下步骤：S10：初始阶段，包括以下过程：在CoMP系统中进行静态小区分簇，选用多个小区的固定协作小区集，并设定每个协作小区中的协作用户设备为个；S20：频谱检测阶段，包括以下过程：利用认知频谱感知技术进行空闲频谱检测，收集空闲频段进行拍卖准备；S30：拍卖阶段，建立了基于不完美频谱检测的频谱拍卖模型，设计买家，卖家，频谱经纪人，并优化买家收益函数，利用第一价格密封拍卖方案在时间间隙中对空闲频带进行拍卖。本发明专利技术的方法提高CoMP系统的频谱利用率，进而提高系统的整体吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
一种CoMP系统中基于不完美频谱检测的频谱拍卖方法
本专利技术涉及无线通信
，具体涉及一种CoMP(CoordinatedMultiplePoints，多点协作)系统中基于不完美频谱检测的频谱拍卖方法
技术介绍
面向2020及未来，移动互联网和物联网作为移动通信的两大驱动力，为第五代移动通信(5G)提供了广阔的应用前景。与第四代移动通信(4G)相比，5G将更加注重满足多样性的通信场景和极致的用户体验，并充分利用低频和高频等频谱资源。然而，高频段覆盖能力弱，难以实现全网覆盖。5G通信发展过程中，高频段的频谱资源将更多地以联合组网的形式与低频段频谱资源配合使用。低频段的频谱资源依旧是一种稀缺资源。如何在5G通信中提高频谱利用率，尤其是提高低频段频谱的利用率，将成为5G通信发展中需要重点考虑的问题。作为先进长期演进(LTE-A)中的协作通信的关键技术，协作多点(CoMP)传输/接收系统将继续在5G协作通信中扮演重要角色，CoMP系统可以通过改善小区边缘用户的通信质量，从而提高整体通信系统的吞吐量。尽管CoMP系统的引入为频谱资源分配带来了新的活力，但是固有的频谱分配方式是一种静态分配方式，在传统的CoMP系统中的静态频谱分配方式中，协作小区的边缘用户设备由于干扰大，因此这些用户设备的频谱资源被分配的优先级比较低，进而造成了频谱资源利用率低，灵活性差的问题。一方面，基于频谱资源利用率低的问题，认知无线技术的出现为频谱资源分配带来了新的活力，认知技术可以获取内外环境的信息，并基于认知结果对网络进行配置和对无线资源进行管理。频谱感知的目的是找到空闲的频谱，是实现认知技术的前提和保证，更是认知无线技术中最重要的技术。然而，到目前为止，在实际中完美的频谱感知很难实现，即存在空闲的频谱在认知技术中无法被检测到，也很少有研究考虑CoMP系统中不完美的频谱感知问题。另一方面，拍卖理论是一种基于市场机制，兼具公平性和高效性，被广泛应用于无线通信系统中分配有限的资源。为了提高CoMP系统的频谱利用率，我们在CoMP系统中，引入拍卖理论，利用第一价格密封拍卖对空闲频段进行拍卖。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，为了提高CoMP系统的频谱利用率，通过在CoMP系统中，引入拍卖理论，利用第一价格密封拍卖对空闲频段进行拍卖。基于上述CoMP系统中固有的静态频谱分配方式和不完美的频谱感知通信场景，以及拍卖理论的应用背景，我们拟在CoMP系统中提出一种基于不完美频谱感知的频谱拍卖方法。一方面，我们建立数学模型，利用马尔科夫链描述CoMP系统中的不完美频谱检测问题。另一方面，我们在CoMP系统中，建立了基于不完美频谱检测的频谱拍卖模型，设计买家，卖家，频谱经纪人，并优化买家竞价函数。最后，依据上述条件，与频谱检测同步，我们利用第一价格密封拍卖方案在时间间隙中对空闲频带进行拍卖，提高CoMP系统的频谱利用率，进而提高系统的整体吞吐量。本专利技术的目的是通过下述的技术方案来实现的。一种CoMP系统中基于不完美频谱检测的频谱拍卖方法，包括以下步骤：S10：初始阶段，所述初始阶段包括以下过程在CoMP系统中，进行静态小区分簇，将最强干扰的小区进行合并，选用多个小区的固定协作小区集，并设定每个协作小区中的协作用户设备为N个；S20：频谱检测阶段，所述频谱检测阶段包括以下过程在CoMP系统中，利用认知频谱感知技术进行空闲频谱检测，收集空闲频段进行拍卖准备，如果频段检测为空闲状态，则在该时间间隙中进行频谱拍卖。S30：拍卖阶段，所述拍卖阶段包括以下过程S31：买家为CoMP系统中的协作小区集中被判定的CEUE，卖家为协作小区集中拥有空闲频段的用户设备，协作小区中的eNB(eNodeB，增强的基站)为频谱经纪人，拍卖过程中，划定时间间隙，协作小区中的eNB轮流在每个时间间隙中充当频谱经纪人的角色；S32：采用顺序拍卖方案进行拍卖：首先，在每个时间帧的开始，确定待拍卖的空闲频段和CEUE应该检测的时间长度，设定待拍卖的空闲频段集合为C＝{c1,c2,c3...cs}；然后，每个CEUE向各自协作小区中的eNB发送频谱检测结果，每个CEUE对各个频段进行估价，设定CEUE对频段的估价函数为公式4：xti＝Cj·Dti·(T-τ)(4)公式4中，Cj表示空闲频段集合中的第j个空闲频段，Dti表示该买家在自己所处的协作小区中的单位数据流量，T表示传输帧的长度，τ表示频段检测的时间长度；最后，该协作小区集的eNB收集各个买家的估计值，并得到买家的效用函数：当不考虑CEUE之间的相互干扰情况下，买家的收益函数如公式5：Vti＝xti-bti(5)公式5中，xti表示不考虑扰情况下的估价，bti表示第i个协作小区中的第t个CEUE对第j个空闲频段的估价；在考虑了CEUE之间的相互干扰情况后，买家的收益函数如公式6：Vti＝h(xti)-bti(6)公式6中，h(xti)表示不考虑干扰情况下的估价，h(xti)<xti，设定Y1＝max(x21,....,xN3)，G(Y1≤y)＝F(xti≤y)N-1，其中，G(·)和F(·)分别表示Y1和xti的累计分布函数，则Y1的概率密度函数表示为公式7：g(xti)＝(3N-1)f(xti)[F(xti)]3N-1(7)式7中，f(xti)表示估价xti的概率密度函数，则每个买家h(xti)的期望收益mR(xti)为公式8：S33：设定买家的最佳竞价是他们估价的函数，用B(xti)表示优化的竞价函数，通过对最大化mR(xti)关于竞价bti的求导，得优化后的竞价函数B(xti)为公式9：S34：采用第一价格密封拍卖方案对空闲频段进行竞拍：协作小区集中的协作用户设备对空闲频段集合中的频段进行竞拍，将自己的竞标价格密封提交给该协作小区集合中的eNB，在每个时间间隙中，对某个空闲频段竞价最高者将得到该频段在此时间间隙的使用权；CEUE通过竞拍得到的频段，并利用CoMP-JP技术进行数据传输。进一步地实施例中，在步骤S10中，在CoMP系统中，通过用户设备的CQI(channelqualityindicator)值的反馈，并设定门限值α来确定协作小区集中的协作用户设备，具体过程为：首先，假定协作小区集中的反馈是完美反馈；然后，根据公式1划分协作小区集中的中心用户设备(CCUE，cellcentraluserequipment)和边缘用户设备(CEUE，celledgeuserequipment)：式1中，CQIti表示当前第i个协作小区中的第t个用户设备的CQI反馈值；CQImax表示当前协作小区集中的用户设备的CQI最大反馈值；α表示判定协作小区集中用户设备的门限值；最后，统计所述协作小区中的CEUE，并将所述CEUE设为协作小区集中的协作用户设备。进一步地实施例中，在步骤S20中，通过建立马尔科夫链的统计概率模型进行频带是空闲或是忙碌状态的使用状态描述，具体过程为：首先，设定有四种不完美的频谱感知概率：Pf表示误检概率；Pm表示错过检测概率；Pu表示当频段不存在时的正确的检测概率；Pd表示空闲频段存在时的正确的检测概率；其次，设定协作小区集中四种频带使用状态：空闲真、空闲假、忙真、忙假；再按公式2计算第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CoMP系统中基于不完美频谱检测的频谱拍卖方法，包括以下步骤：S10：初始阶段，所述初始阶段包括以下过程在CoMP系统中，进行静态小区分簇，将最强干扰的小区进行合并，选用多个小区的固定协作小区集，并设定每个协作小区中的协作用户设备为N个；S20：频谱检测阶段，所述频谱检测阶段包括以下过程在CoMP系统中，利用认知频谱感知技术进行空闲频谱检测，收集空闲频段进行拍卖准备，如果频段检测为空闲状态，则在该时间间隙中进行频谱拍卖。S30：拍卖阶段，所述拍卖阶段包括以下过程S31：买家为CoMP系统中的协作小区集中被判定的CEUE，卖家为协作小区集中拥有空闲频段的用户设备，协作小区中的eNB为频谱经纪人，拍卖过程中，划定时间间隙，协作小区中的eNB轮流在每个时间间隙中充当频谱经纪人的角色；S32：采用顺序拍卖方案进行拍卖：首先，在每个时间帧的开始，确定待拍卖的空闲频段和CEUE应该检测的时间长度，设定待拍卖的空闲频段集合为C＝{c

【技术特征摘要】
1.一种CoMP系统中基于不完美频谱检测的频谱拍卖方法，包括以下步骤：S10：初始阶段，所述初始阶段包括以下过程在CoMP系统中，进行静态小区分簇，将最强干扰的小区进行合并，选用多个小区的固定协作小区集，并设定每个协作小区中的协作用户设备为N个；S20：频谱检测阶段，所述频谱检测阶段包括以下过程在CoMP系统中，利用认知频谱感知技术进行空闲频谱检测，收集空闲频段进行拍卖准备，如果频段检测为空闲状态，则在该时间间隙中进行频谱拍卖。S30：拍卖阶段，所述拍卖阶段包括以下过程S31：买家为CoMP系统中的协作小区集中被判定的CEUE，卖家为协作小区集中拥有空闲频段的用户设备，协作小区中的eNB为频谱经纪人，拍卖过程中，划定时间间隙，协作小区中的eNB轮流在每个时间间隙中充当频谱经纪人的角色；S32：采用顺序拍卖方案进行拍卖：首先，在每个时间帧的开始，确定待拍卖的空闲频段和CEUE应该检测的时间长度，设定待拍卖的空闲频段集合为C＝{c1,c2,c3...cs}；然后，每个CEUE向各自协作小区中的eNB发送频谱检测结果，每个CEUE对各个频段进行估价，设定CEUE对频段的估价函数为公式4：xti＝Cj·Dti·(T-τ)(4)公式4中，Cj表示空闲频段集合中的第j个空闲频段，Dti表示该买家在自己所处的协作小区中的单位数据流量，T表示传输帧的长度，τ表示频段检测的时间长度；最后，该协作小区集的eNB收集各个买家的估计值，并得到买家的效用函数：当不考虑CEUE之间的相互干扰情况下，买家的收益函数如公式5：Vti＝xti-bti(5)公式5中，xti表示不考虑干扰情况下的估价，bti表示第i个协作小区中的第t个CEUE对第j个空闲频段的估价；在考虑了CEUE之间的相互干扰情况后，买家的收益函数如公式6：Vti＝h(xti)-bti(6)公式6中，h(xti)表示不考虑买家相互干扰情况下的估价，h(xti)<xti，设定Y1＝max(x21,....,xN3)，G(Y1≤y)＝F(xti≤y)N-1，其中，G(·)和F(·)分别表示Y1和xti的累计分布函数，则Y1的概率密度函数表示为公式7：g(xti)＝(3N-1)f(xti)[F(xti)]3N-1(7)式7中，f(xti)表示估价xti的概率密度函数，则每个买家h(xti)的期望收益mR(xti)为公式8：S33：设定买家的最佳竞价是他们估价的函数，用B(xti)表示优化的竞价函数，通过对最大化mR(xti)关于竞价bti的求导，得优化后的竞价函数B(xti)为公式9：S34：采用第一价格密封拍卖方案对空闲频段进行竞拍：协作...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵峰，苗彦涛，陈宏滨，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45