基于合作众包的异构网络传输方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子与通信技术领域，尤其涉及基于合作众包的异构网络传输方法及 系统。
【背景技术】
[0002] 随着通信技术的发展和无线通信以及其应用的普及，通信运营商在提高数据传输 速率方面，正在面临着前所未有的挑战。为了应对无线通信高速率的要求，灵活多变的多层 网络架构，即异构网络，已被引入现有的蜂窝网络中。然而，高密度的网络部署会导致运营 商的成本增加（设备投资、运营与维护费用等等），网络管理难度增加（基站的分布式部署、 设备的数目增加）和基站部署难度大（基站位置的选定、政策法规的限制），因此异构网络 在某些情况下的经济性和可行性还有待考量。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于合作众包的异构网络传输方 法。
[0004] 本发明提供了一种基于合作众包的异构网络传输方法，该方法包括基站和多个中 继，基站发布传输任务和激励，中继根据基站的激励调整其传输功率。
[0005] 作为本发明的进一步改进，中继的目的是最大化其在放大和解码转发下的效用函 数U1,
[0009] 对于每一个中继而言，它需要根据基站的激励，决定其最优的传输功率以达到最 大化其效用函数的目的。
[0010] 作为本发明的进一步改进，中继能够得到解码转发情况下的最优发射功率威：
[0012] 本发明还提供了一种基于合作众包的异构网络传输系统，该系统包括基站和多个 中继，基站发布传输任务和激励，中继根据基站的激励调整其传输功率。
[0013] 作为本发明的进一步改进，中继的目的是最大化其在放大和解码转发下的效用函 数U1,
[0017] 对于每一个中继而言，它需要根据基站的激励，决定其最优的传输功率以达到最 大化其效用函数的目的。
[0018] 作为本发明的进一步改进，中继能够得到解码转发情况下的最优发射功率篇：
[0020] 本发明的有益效果是：综上所述，本发明的目的在于设计一个协作通信模式下的 激励机制，通过设计一个基于博弈论的激励机制，通过给予中继适当的利益，鼓励中继参与 到协作传输中，既能提高系统的频谱利用率又能提高用户和基站双方的利益，达到一个基 站和中继双赢的状态。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明的系统模型图。
[0022] 图2是本发明的基站和中继的效用函数图。
【具体实施方式】
[0023] 本发明公开了一种基于合作众包的异构网络传输方法及系统，随着一系列小体 积、功能强大的多频、多标准的天线设备的出现，例如，阿尔卡特朗讯推出的新型无线接入 网络方案设备lightRadio,在不久的将来，运营商可能与第三方利益团体，即小型无线接入 点的拥有者共同实现基站的部署。也就是说，数据的成功传输需要运营商与第三方利益团 体的合作。在一方面，此种合作机制可以有效地降低设备运营与维护成本并且减少系统维 护的难度；在另一方面，中继，即无线接入点，可以从合作传输中获得合理的报酬。在这种双 赢的情况下，我们提出了一种基于"合作众包"理念的异构网络数据合作传输，即，运营商通 过支付第三方利益组织合理的利益来招募空闲的无线接入点参与合作传输。
[0024] 然而，在这种基于"合作众包"理念的合作传输方式的广泛应用需要运营商和第三 方利益机构共同解决。从运营商的角度来讲，首先解决的问题就是如何选定和激励招募的 中继节点参与合作传输使得网络的吞吐量和网络的覆盖范围都可以有效提高，并且保证低 部署和维护费用。对于中继节点来说，鉴于其属于不同的利益团体，它们需要足够的利益激 励来参与合作传输。参与合作传输的目的之一是在有限的传输和系统消耗的资源下，从合 作传输中获得更大的利益。从运营商和中继两方面考虑，本发明旨在设计一个有效合作传 输的无线网络。
[0025]然而，现有的异构网络无线合作网络传输大多基于网络频谱效率或者能量效率的 最大化。在这种网络结构中，传统大功率基站与中继同属于运营商，中继无条件的尽其所能 参与到合作传输，与此同时，运营商不需要支付第三方机构任何费用。为了解决此类问题， 本发明旨在提供一种解决此类传输的方案。
[0026]在此发明中，我们设计一种基于"合作众包"的合作传输机制，此传输机制需要基 站和中继共同合作，即基站所代表的运营商发布传输任务和激励，中继所代表的第三方利 益机构根据运营商的激励调整其传输功率。为了充分利用网络资源，我们设计了一种基于 斯塔克尔伯格博弈的激励机制，在主从结构中，基站作为主而中继作为从。每一个参与的中 继均与其他中继进行竞争在合作传输中所得到的利润。为了确保系统的有效性，我们证明 了在中继之间的纳什均衡存在且唯一。为了能够得到中继之间稳定的传输策略，我们给出 了一种可以得到斯塔克尔伯格均衡的算法。即基站可以最大化其效用函数，而中继可以达 到唯一的在其他中继策略不变情况下的最优策略。
[0027] 如图1所示，假设系统由一个基站，M(M多1)个用户，和N(N多2)个招募的基站 组成，每一个基站为所有的用户服务。假设每一个基站装有一套收发设备，在一个时间段指 可以选择发送和接收中的一个，即中继处于半双工状态。在这里我们假设，每一个传输的时 间帧都被均分成两个阶段，在第一个传输阶段，基站给中继传输，在第二个阶段，中继转发 给用户。我们假设用户之间的频率正交，例如采用OFDMA技术，而且已经采用已有的方式进 行载波分配。所有的用户均在其接收端进行最大比值合并。
[0028] 从基站到中继i的信道参数和从中继i到用户m，.的信道参数分别用和
-分别代表信干噪比，〇 2代表加性高斯白噪声的方差。 这里假设信道由大尺度衰落和小尺度衰落组成，
[0030] 这里g=#1代表独立同分布的小尺度衰落，其均值为0,方差为〇 sh，代表大 尺度衰落，其表达式为
[0032]c代表距离在<^^=1細时，信道衰落的中值，a为距离损耗，其范围为2~5， 为传输距离。此外，为对数正态分布的阴影衰落参数，1〇以1(](^_}为0中 值，〇sh为方差的高斯分布随机变量。
[0033] 示基站发射功率向量，用g表示基站向用户m的发射功率。用 1^=作;'￥，_._4^)代表所有矩阵的发射功率，甙沉=('/^，-，/4))表示中继向所有用 户的发射功率向量，为中继用于用户m的传输所消耗的发射功率。用P4表示所有出中 继i以外，所有中继的发射功率。为了便于下文表述，我们也用1^=(1^1^)表示中继发射 功率矩阵。我们用/；=?,")和(<,")分别表示通过中继i的转发后，用户m在放大转发 和解码转发后的信噪比，其表达式为
[0036] 每一个参与合作的中继都会基于其信噪比得到收益，其代价函数为所消耗的发射 和计算功率。同时考虑收益和支出，每一个中继决定其传输策略，即最优传输功率，即可以 使其效用函数取得最大值的最优发射功率。基站也根据收益和支出，决定其最优的效用函 数，即给予中继的激励。由于中继属于不同的利益团体，我们在这里假设所有的中继都是理 智而且自私的。在本发明中，我们设计了一种基于合作众包的合作机制，其他问题例如安全 问题，也是网络中需要关注的问题，在此发明中暂不考虑。
[0037] 基站的激励向量为R(R= (R1,R2, . . .，Rm))，基站为了用户m的传输而给出的激励 为Rni，基站的支出为9x几：，每单位功率的价格为C1 (C1X))。C1为中继i自行决定的功率价 格，其数值由剩余能量、电池和芯片处理能力决定。中继i的目的是最大化其在放大和解码 转发下的效用函数U1
[0041] 对于每一个中继而言，它需要根据基站的激励（Rni, )，决定其最优的传输功率 以达到最大化其效用函数的目的。在这里，T。表示每一个中继为每一个用户转发时，最小信 噪比的限制，中继i的发射功率总和不大于？在解码转发的情况下，中继i的目标函数 和限制条件。
[0042] 极化迫零技术的引入：
[0043] 第一阶段和第二阶段传输结束时，次级用户相互通信的信息都分别传输到了PR 处，对主用户构成了干扰，为了消除这种干扰，本发明引入极化迫零的方式对PR的接收信
号进行处理，在第一阶段时，对PR而言，等号右边第二项 f扰，因此SUB 需要对Dbp进行估计并且智能地选择一个适当的dBA满足：
[0044] DBPdBA= 0 (7)
[0045] 从而使得该项在PR端被消去。
[0046] 在第二阶段时，对PR来说