r>是来自SUA的干扰，因此SUA需要对 Dap进行估计并选择合适的dAB使得满足：
[0051] 限制条件（c3)的原理为，由于用户的吞吐量受两段信道中最差的信道限制，所以 理智的中继将会选择将第二条信道作为较差的信道，即第二跳的信噪比将会低于第一跳的 信噪比。
[0052] 另一方面，基站想要获得最优的激励R"，去最大化其效用。在这里，Cini, (CiniX)) 为基站向用户m传输单位频谱效率的收益。基站的目的是为了最大化其效用函数
[0054] s.t.u。（R)多 0
[0055] 博弈模型分析：
[0056] 本激励机制分为两个阶段，在第一个阶段，基站发布激励R，在第二阶段，中继根据 激励调整其发射功率。从主模型解释，基站为主，即激励R的发布者，中继为从，其策略为最 优发射功率功率分配的过程在中继之间可以被视为一个非合作博弈。
[0057] 定义1 :若满足条件
为中继之间功率分配的纳什均衡。
[0058] 我们将会证明中继之间功率分配的纳什均衡的存在性和唯一性。纳什均衡的存在 性可以确保中继之间存在至少一个稳定的策略，纳什均衡的唯一性可以保证基站可以预测 到中继的策略。我们首先证明纳什均衡的存在性。
[0059] 定理1 :若效用函数》fW>(P〇在F中连续而且是关于p丨，V/的凹函数，那么在中 继之间的功率分配至少存在一个纳什均衡。
[0060] 证明：根据（6) (7)，我们可以确定F的连续性，对于任意的用户m，我们取Pr对 的二阶导数，
[0062] 由于几"(/〇是关于式m的非减凹函数，关于U1 (F)的二阶导数总是负的，因此我 们可以确保纳什均衡的存在性，接下来，我们将要证明纳什均衡的唯一性。
[0063] 定理二：在非合作博弈的中继功率分配博弈〃,(P:…G)中，纳什均衡是唯一的。
[0064] 我们首先定义〇 (P11 0 )为U1 (F)的加权之和，0 = ( 0i，0 2, ? ? ?，0 N)为一系列 加权因子。
[0065] 命题1 :如果0 >0,在F中，存在关于〇 (P11 0 )是对角严格凹的，那么其纳什均衡 点是唯一的。如果对称矩阵[G(F，0)+G'（P11 0)]是负定的，那么〇 (P11 0)是对角严格 凹的。
[0066] 〇 (P' 0)的伪梯度向量（长度为_可以被写为
[0068] 我们接着定义8(广0)的雅克比矩阵G(P' 0)，其中矩阵中的元素位置为（(i-1)
[0069] 引理1 :对于每一个U1(F),若其对扣是凹的，而且对是凸的，而且存在0 >0使 得〇 (P11 9)在F中是凹的，那么就可以说[G(P' 0)+G'（P11 0)]是负定的。
[0070] 为了证明U1(Pf)对PJ；是凸的。对JhVVwi求二阶导数
[0072] 因此上式对K是严格凸的，由于（10)是负的，而且〇 (P11 0)对F是凹的，根据 引理1，[G(P' 0)+G'（P11 0)]是负定的。根据命题1，〇 (P11 0)是对角严格凹的，因此在 中继之间的功率分配存在唯一的纳什均衡。因此我们可以证明定理2,接下来，我们要给出 在放大和解码转发下，中继功率分配的方法。
[0073] 中继功率分配的方法：
[0074] 在这里，我们将给出中继的最优发射功率，即达到纳什均衡时的功率。为了便于计 算，我们将放大转发模式下的信噪比限制（Cl)转换为发射功率的下界
[0076] 为了计算感的最优值，我们引入其拉格朗日对偶问题，可以表示为
[0078]在这里，人U 为非负的KKT因子。对其求一阶偏导，并令其等于0。我
，可以得到放大转发情况下的最优传输功率<1,
[0084] 利用如下过程所示的对偶法和子梯度法，我们可以迭代出拉格朗日对偶算子 入i，Ii1,W的数值
[0087] 其中《为迭代步长。当对偶算子收敛，即可得出最优功率。
[0088] 为了计算解码转发情况下的发射功率P：，其对偶问题If可以写成
[0090] 其中Ain, yi，nin，坑:，用为非负的KKT算子。If对1?求以阶偏导并使其等于 〇，我们可以得到解码转发情况下的最优发射功率
[0096] 定理3在激励的取值范围为RniG[0, + 00 ]，V用，u。(（P，中的博弈斯坦科尔伯 格均衡存在且唯一。
[0097] 我们首先将最优功率的表达式带入基站的表达式中，在这里定义 《(疋）= .("(/〇。我们在u。中对R"，Vw求二阶偏导
[0099] 由于u。是关于R的严格凹函数，存在唯一的最优斯坦科尔伯格均衡，R的数值可以 通过迭代算法求出来。
[0100] 模拟仿真与实验结果分析：
[0101] 为了验证本激励机制的有效性，我们先对比在本激励机制和直接传播情况下基站 的效用函数。接着给出了随着用户数目的增加，基站的激励和效用函数，中继效用函数的变 化。为了进一步体现系统的特性，我们还进一步给出了随着最小信噪比的变化，网络参数的 变化。为了验证激励机制的有效性，我们对比了基站和中继在激励取固定值和最优值时的 效用函数。
[0102] 图2给出在放大转发的情况下，当中继的数目分别为2和3,和直传时基站和中继 的效用函数。假设中继的数目为3,中继分布在一个距离基站350m的圆弧上，即基站和中继 之间的距离为350m。在这里，为了验证基站和用户之间不同的距离对系统性能的影响，用户 和基站的距离设为100_700m。由于多个中继的存在，会给系统带来分集增益，如图所示，本 发明阐释的效用函数值优于直传的效用函数。
[0103] 经实验证明，基站的激励和效用函数随着用户数目增加的变化，随着用户数目的 增加，用户的激励，用户的效用函数，和中继的效用函数之和增长，这是因为随着用户数目 的增加，基站的激励增加，故用户的激励之和增长。
[0104] 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。
[0105] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的 保护范围。
【主权项】
1. 一种基于合作众包的异构网络传输方法，其特征在于，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。2. 根据权利要求1所述的异构网络传输方法，其特征在于，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,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。3. 根据权利要求1所述的异构网络传输方法，其特征在于，中继能够得到解码转发情 况下的最优发射功率4. 一种基于合作众包的异构网络传输系统，其特征在于，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。5. 根据权利要求4所述的异构网络传输系统，其特征在于，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,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。6. 根据权利要求4所述的异构网络传输系统，其特征在于，中继能够得到解码转发情 况下的最优发射功率/C,
【专利摘要】本发明提供了一种基于合作众包的异构网络传输方法及系统，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。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。
【IPC分类】H04W52/06
【公开号】CN105163378
【申请号】CN201510543044
【发明人】张钦宇, 孔庆磊, 杨艺, 王野, 梁亚超, 孙萌
【申请人】哈尔滨工业大学深圳研究生院
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月28日