一种分数阶频率复用场景下抑制共谋的频谱拍卖方法技术

本发明专利技术公开了一种分数阶频率复用场景下进行频谱拍卖时存在的共谋的抑制方法，该方法利用分数阶频率复用技术建立系统模型，根据信道状态信息、预编码和发射功率等因素决定买家的出价，并充分考虑分数阶频率复用技术中容易存在的竞标失败者共谋和赢家共谋，提出具有共谋抑制效果的出价表达式和支付函数表达式，并在此基础上进行最大化系统效用为目标的频谱拍卖研究。本发明专利技术提出的方法容易实现，便于扩展，更贴近实际应用，频谱拍卖方法也具有更高的分配效率复用效率，共谋抑制效果明显。

【技术实现步骤摘要】
一种分数阶频率复用场景下抑制共谋的频谱拍卖方法
本专利技术属于认知无线电技术，特别是一种分数阶频率复用场景下进行频谱拍卖的共谋抑制方法。
技术介绍
由于频谱资源的日益短缺以及现有的频谱资源分配不合理，使用效率较低，如何研究更科学合理的频谱分配和复用方法已成为亟待解决的问题。现阶段，拍卖理论应用于频谱分配领域已极大地提高了频谱的分配效率，频谱拍卖技术已成为研究的热点。分数阶频率复用技术通过将蜂窝小区划分为小区中心和边缘两部分而成为一种高效的频谱复用方法，该方法给小区中心和边缘用户提供不同的频段，并且采用一定的复用因子使相邻小区之间均采用不同的频段，不但可以极大地提高频率复用率，还可以有效地抑制小区边缘与小区中心的干扰以及小区边缘用户之间的相互干扰。现阶段将拍卖理论和分数阶频率复用技术相结合进行频谱分配的研究已极大地提高了频率利用率和分配效率。但是，利用上述两种技术进行频谱拍卖时，很少有学者研究这一拍卖过程中形成的共谋问题。频谱拍卖的过程中，用户之间的共谋行为将对整个拍卖结果产生影响，因为每个用户都是自私且理性的，他们都是从提高自身利益的角度出发，在拍卖过程中可能会因此而发生欺诈和勾结，从而形成共谋。一旦共谋形成，拍卖将不能保证公平性，拍卖效率、系统收益和稳定性也将受到影响。因此，解决频谱拍卖中的共谋问题刻不容缓。现阶段对共谋的研究主要集中有：投标环共谋、拍卖失败者共谋、次级出租共谋以及赢家共谋。但是，目前还没有分数阶频率复用场景下进行频谱拍卖时的共谋抑制研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现阶段的频谱拍卖技术中广泛存在的共谋现象，提出一种分数阶频率复用场景下进行频谱拍卖时存在的共谋的抑制方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种分数阶频率复用场景下进行频谱拍卖时存在的共谋的抑制方法，包括如下步骤：(1)在分数阶频率复用的频谱拍卖模型中，结合信号传输过程中的信干噪比及带宽等因素，给出买家k对某个频段j的出价表达式表示：vkj＝γkBklog2(1+SINRk)，其中，γk表示买家k对某段频谱的喜好度，Bk表示买家k的通信带宽，SINRk表示买家k的信干噪比；(2)设计能有效抑制竞标失败者共谋的出价方案，主要体现为依据分数阶频率复用的性质和频率复用因子的数值，划分同频小区，并进而形成非冲突买家小组，再以各个非冲突买家小组为新的竞标人参与拍卖；拍卖开始前，非冲突买家小组内部各个买家依据出价表达式给出出价信息；然后，计算非冲突买家小组w的整体出价，方法是Bwj＝min{vkj}·L，k∈w，其中vkj表示买家j对频段k的出价，L为非冲突买家小组内部买家个数；为有效抑制失败者共谋现象，给出改进的小组出价表达式，即引入了非冲突买家小组W内出价最低者的期望激励I，且有：其中表示买家小组j中出价的最低值。进而给出非冲突买家小组w对频段j的最终出价表示为：Bwj＝min{vkj}·L-I，k∈w；(3)建立能实现整个系统效用最大化的优化问题，其目标函数为：其中，U(x)表示系统的效用函数，xwj表示分配向量，用于表示非冲突买家小组w竞拍频谱j成功与否，只能取0或1，干扰约束条件表示为：它表示某个频段j在一轮拍卖中至多分配给一个买家小组，其中awj指示买家小组w对频段j的出价情况，只有在买家小组w对频段j的出价大于保留价时才有awj＝1，否则为0；买家小组和各个卖家在拍卖中心的组织下根据系统效用最大化的目标和干扰约束条件的限制进行频谱拍卖；(4)通过纳什均衡解的方式设计合理的支付机制抑制赢家小组之间为提高收益而达成的共谋。主要体现为：以最大化赢家小组内部单个成员买家收益的乘积为目标建立目标函数：其中pk表示属于赢家小组w的成员买家k对赢家小组赢得的频段j的支付价格，vkj表示该成员买家的出价；约束条件表示为：∑k∈wpw＝U*n-w，0≤pk≤vkj，其中U*n-w表示非冲突买家小组中除了w小组之外的买家小组产生的系统效用值，它可以通过(4)中的目标函数求得；该约束条件表示赢家小组w的支付总价格应该等于其他买家小组所能创造的系统收益的值。通过求解该支付机制下的目标函数可以求得具有共谋抑制作用的赢家小组内单个成员买家的实际支付价格pk。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的分数阶频率复用的抑制共谋的频谱拍卖方法不但可以实现拍卖过程中竞标失败的买家之间的共谋和赢家之间的共谋，还可以实现较高的频谱分配效率和频率复用率。附图说明图1为分数频率复用场景下进行抑制共谋的频谱拍卖示意图；图2为分数阶频率复用技术划分同频小区示意图；图3为抑制共谋的频谱拍卖流程图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种分数阶频率复用场景下进行频谱拍卖时存在的共谋的抑制方法，包括如下步骤：(1)建立分数阶频率复用场景下进行频谱拍卖的系统模型，如图1所示。假设有空闲频谱出租的M个频谱拥有者为卖家，他们可以贡献的频谱资源用{s1,s2,…,sM}表示，卖家为了抑制出价环共谋而对所有频段设置的保留价记为{b1,b2,…,bM}，设有频谱需求的N个次用户为频谱拍卖的买家，他们对所有频段的出价情况表示为{v1,v2,…,vM}；(2)结合信号传输过程中的信干噪比及带宽等因素，给出买家在拍卖中的出价表达式。买家k对某个频段j的出价表达式表示为：vkj＝γkBklog2(1+SINRk)，其中，γk表示买家k对某段频谱的喜好度，Bk表示买家k的通信带宽，SINRk表示买家k的信干噪比。根据分数阶频率复用场景的特殊性，当买家位于蜂窝小区的中心时，SINRk表达式为：当买家位于蜂窝小区的边缘时，其中pk表示第k个次用户的功率向量，fk表示第k个次用户的预编码向量，Hk表示宏基站到次用户k的信道状态信息，gk家庭基站到次用户k的信道状态信息，加性高斯白噪声的方差为σ2；(3)设计能有效抑制竞拍失败者共谋的出价方案。在分数阶频率复用场景下进行频谱拍卖时，首先依据分数阶频率复用的性质和频率复用因子的数值，划分同频小区，在图2中标示相同数字的正六边形就代表属于一个同频小组，分布在其中的买家即一个非冲突买家小组。每个非冲突买家小组内部没有干扰，可以共用同一段频谱资源，但非冲突买家小组之间存在干扰，故每一轮拍卖中，一段频谱只允许有一个非冲突买家小组竞拍成功，并且由于其它买家小组与赢家小组之间存在干扰，因此该频段只能在赢家小组内部共用，赢家小组成员若想私下出租，将会严重影响自身的通信性能，并且其它买家小组考虑到干扰关系，私下买进赢家小组这一频段的积极性不高，从而可以有效抑制次级出租共谋。拍卖开始前，非冲突买家小组内部各个买家首先提交对某频段j的出价，表达式为vkj＝γkBklog2(1+SINRk)，其中，主次用户的SINRk依据分数阶频率复用系统模型的位置分布不同而不同；然后，计算非冲突买家小组w的整体出价，方法是该小组内所有买家k出价的最低值乘以小组长度L，即：Bwj＝min{vkj}·L，k∈w。由于每个小组中都存在出价最低的一个买家，相对于小组内其他成员，该出价最低买家在本轮竞拍中所能获得的利益最低，因为他的出价就是拍卖中小组的出价，因此他很可能受到来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分数阶频率复用场景下进行频谱拍卖时存在的共谋的抑制方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)在分数阶频率复用的频谱拍卖模型中，结合信号传输过程中的信干噪比及带宽等因素，给出买家k对某个频段j的出价表达式表示：vkj＝γkBk log2(1+SINRk)，其中，γk表示买家k对某段频谱的喜好度，Bk表示买家k的通信带宽，SINRk表示买家k的信干噪比；(2)设计能有效抑制竞标失败者共谋的出价方案，主要体现为依据分数阶频率复用的性质和频率复用因子的数值，划分同频小区，并进而形成非冲突买家小组，再以各个非冲突买家小组为新的竞标人参与拍卖；拍卖开始前，非冲突买家小组内部各个买家依据出价表达式给出出价信息；然后，计算非冲突买家小组w的整体出价，方法是Bwj＝min{vkj}·L，k∈w，其中vkj表示买家j对频段k的出价，L为非冲突买家小组内部买家个数；为有效抑制失败者共谋现象，给出改进的小组出价表达式，即引入了非冲突买家小组W内出价最低者的期望激励I，且有：

【技术特征摘要】
1.一种分数阶频率复用场景下进行频谱拍卖时存在的共谋的抑制方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)在分数阶频率复用的频谱拍卖模型中，结合信号传输过程中的信干噪比及带宽等因素，给出买家k对某个频段j的出价表达式表示：vkj＝γkBklog2(1+SINRk)，其中，γk表示买家k对某段频谱的喜好度，Bk表示买家k的通信带宽，SINRk表示买家k的信干噪比；(2)设计能有效抑制竞标失败者共谋的出价方案，主要体现为依据分数阶频率复用的性质和频率复用因子的数值，划分同频小区，并进而形成非冲突买家小组，再以各个非冲突买家小组为新的竞标人参与拍卖；拍卖开始前，非冲突买家小组内部各个买家依据出价表达式给出出价信息；然后，计算非冲突买家小组w的整体出价，方法是Bwj＝min{vkj}·L，k∈w，其中vkj表示买家j对频段k的出价，L为非冲突买家小组内部买家个数；为有效抑制失败者共谋现象，给出改进的小组出价表达式，即引入了非冲突买家小组W内出价最低者的期望激励I，且有：其中表示买家小组j中出价的最低值。进而给出非冲突买家小组w对频段j的最终出价表示为：Bwj＝min{vkj}·L-I，k∈...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵峰，聂化芝，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