一种基于拍卖的CoMP系统的动态频谱分配方法

文档序号:9871157阅读:675来源:国知局
一种基于拍卖的CoMP系统的动态频谱分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线通信技术领域,具体设及一种基于拍卖的CoMP系统的动态频谱分 配方法。
【背景技术】
[0002] 随着新一代移动通信技术的快速发展,用户对无线通信的业务需求不断提高,如 何提高无线通信系统的频谱利用率,如何提高无线通信业务的吞吐量,一直都是无线通信 领域迫切关注的焦点。基于对未来无线通信宽带高速数据业务的发展需求,第=代伙伴计 划(3GPP)展开了面向4G的研究工作。协作多点传输(Coordinated Multi-point,CoMP)系统 由于可W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,因此被广 泛认为是4G移动通信发展过程中最具有潜力的候选技术之一。
[0003] 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CoMP系统的频 谱资源分配方法是一种静态的分配方法。CoMP系统的静态频谱划分将CoMP系统的频带划分 为CoMP频带和NonCoMP频带,各个频带之间具有相对独立的调度。然而,运种频带划分灵活 性差,导致CoMP系统的频谱利用率较低。由于频谱资源的稀缺性和不可再生性,如何在CoMP 系统中将有限的频谱资源动态分配,进而提高CoMP系统的频谱利用率也是今后研究CoMP系 统的重点。
[0004] 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,设计了一种基于拍卖机制的多频带多赢家的动态频谱分配方法。该方法结合了 CoMP系 统和拍卖理论,不仅可W利用CoMP系统中的协作多点联合处理(CoMP-肝)技术改善小区用 户的数据吞吐量,还可W通过动态拍卖的形式提高CoMP系统的频谱利用率和系统收益。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的在于针对CoMP系统中的授权用户拥有空闲频带的情形,结合CoMP系 统和拍卖理论,提出一种基于拍卖的CoMP系统的多频带多赢家的动态频谱分配方法。该动 态频谱分配方法包括=个阶段:拍卖准备阶段,拍卖阶段,整理阶段。本发明主要考虑了 CoMP系统中的授权用户拥有多个空闲频带,在未授权用户相互干扰的情况下,通过拍卖的 方式对CoMP系统中的空闲频带进行动态分配,选出多个赢家,并利用CoMP系统的联合传输 技术提升赢家的数据吞吐量。该发明提出的基于拍卖的多频带多赢家的动态频带分配方 法,贴合实际通信背景,用于提升CoMP系统的数据吞吐量,频谱利用率W及整体收益。
[0006] 本发明首先假定在CoMP系统中,存在未授权用户和授权用户。授权用户拥有空闲 频带,可W通过拍卖的形式提升自身收益;未授权用户可W通过租赁的方式持有空闲频带, 改善自身的通信质量。然后,为了贴合通信实际,保证赢家的通信质量,通过设计干扰矩阵, 对参与竞拍的未授权用户的干扰情况进行统计。最后,依据上述条件,我们提出一种基于拍 卖理论的多频带多赢家的动态频带分配方法,对授权用户的空闲频带进行拍卖,根据干扰 矩阵和拍卖规则决定赢家,并利用CoMP系统中的联合传输技术提升赢家的数据吞吐量。
[0007] 为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:
[0008] 一种基于拍卖的CoMP系统的动态频谱分配方法,通过基于拍卖机制的CoMP系统模 型和干扰矩阵设计一种多频段多赢家的动态频谱分配方法,对CoMP系统的空闲频带进行有 效分配,包括如下步骤:
[0009] (1)拍卖准备阶段:
[0010] 1)在CoMP系统中,假定拥有空闲频带的用户为授权用户,授权用户可W通过拍卖 空闲频带获得暂时收益;假定参与竞拍出价的用户为未授权用户,未授权用户可W通过竞 拍的方式持有空闲频带改善通信质量;同时假定每个授权用户拥有一个待拍卖的空闲频 带,所有的待拍卖频带无差异化特征,并且待拍卖的空闲频带数量供大于求;未授权用户为 买家,买家集合为N={l,2,3...n};授权用户是卖家,卖家集合为S={l,2,3,...s};待出售 的空闲频带集合为〔=山1,。2,。3...。3};
[001 U 2)CoMP系统中存在S个协作小区,每个协作小区中都有一个演进型基站(eNB),S 个eNB轮换扮演中央单元的角色;中央单元不仅负责协作小区中用户的联合数据传输,改善 用户的数据吞吐量,还在拍卖过程中充当频谱经纪人;
[0012] 3)中央单元广播拍卖信息,拍卖信息包括收集到的空闲频带数量、未授权用户的 地理信息和待出售的空闲频带平均底价Pc。为了保证拍卖过程中每一轮赢家的通信质量, 中央单元通过收集到的未授权用户的地理位置信息和干扰规则,设定干扰矩阵I。该干扰矩 阵I是一个n行n列的矩阵。
[001引(2)拍卖阶段:
[0014] 1)未授权用户i对待出售的空闲频段集合C中的Cl频段通过密封出价的方式出价bi 给中央单元,即各个未授权用户出价信息是相互独立且密封的。中央单元收集所有的未授 权用户出价,得到出价矩阵8,6=化1,62,63....^]。中央单元通过贪婪准则选择第一轮拍 卖赢家,记本轮最高出价为bih,最高出价者为本轮赢家。同时将频段Cl分配给该赢家,记录 ai=l。假如本轮未选出赢家,曰1 = 〇。
[0015] 2)中央单元联合协作小区中的所有的eNB,对赢家进行联合处理,通过CoMP的联合 处理技术将赢家的干扰信号转变为有用信号,改善赢家的数据吞吐量。随后,更新买家集合 N和赢家集合W。中央单元在买家集合N中剔除本轮赢家,在赢家集合W中计入本轮赢家,并将 已经分配的频带从空闲频段集合C中剔除。
[0016] 3)中央单元按照协作小区顺序进行轮换,开始第二轮拍卖。中央单元收集频段出 价信息,并根据贪婪准则和干扰矩阵设定,寻找出价最高的未授权用户,将其确定为候选赢 家。然后,假如本轮候选赢家与第一轮赢家出现干扰,则将本轮候选赢家舍弃,即32 = 0,同 时将其加入到舍弃的赢家集合Naban;假如本轮候选赢家没有与第一轮赢家出现干扰情况, 则确定该候选赢家本轮拍卖赢家,即32= 1。同理,对赢家进行联合处理,更新未授权用户集 合N和赢家集合W;重复拍卖阶段的步骤,直到买家集合N为空集;
[0017] (3)整理阶段:
[0018] 1)将由于设定的干扰规则而被舍弃的赢家集合Naban进行整理,并在协作小区范围 内对集合Naban中的元素重新选择随机位置;
[0019] 2)将舍弃的赢家集合Naban加入买家集合N,重复拍卖阶段过程,直到舍弃的赢家集 合Naban为空集,得到最终的分配集合A= {曰1,曰2,曰3...an巧日赢家集合W,根据公式(I)计算系 统的最终效益值U
(1)
[0021] 所述干扰规则为:若第i个未授权用户和第j个未授权用户之间距离小于2Ri米,贝U i与j之间存在干扰,对应的干扰矩阵I的第i行,第j列的值为1,即Iu=I;反之,若第i个未授 权用户和第j个未授权用户之间距离大于或等于2Ri米,则i与j之间不存在干扰,Iu = O;其 中Ri为干扰矩阵I中未授权用户的干扰半径距离。
[0022] 所述拍卖阶段的步骤2)中,中央单元通过接口是X2的回程链路得到协作小区中其 它eNB的信道状态信息反馈,该信道状态信息反馈主要包括两方面:信道质量指示和信道方 向信息。中央单元根据上述回程链路的信道状态信息反馈情况对协作小区中的用户进行联 合处理,将用户接受到的干扰信号转化为有用信号,提升协作小区中用户的数据吞吐量。
[0023] 在拍卖过程中,为了保证已获得频带赢家的通信质量,若本轮赢家和首轮拍卖赢 家有干扰,将本轮拍卖的赢家舍弃,并将该舍弃的赢家加入到舍弃的赢家集合Naban中,即本 轮没有决定出赢家;后续拍卖过程按照第二轮设置的规则继续,直到买家集合为空集。
[0024] 所述整理阶段中计算系统的最终效益值的U还具有W下限制条件:
[0025] aie{0,l},i = l,2,3. . .S (2)
[0026] bi 么 Pc'yi: (3)
[0027] A 么 1,Vf J 矿与=1 (4)
[0028] 其中,^11是每轮拍卖过程的频段1的分配参数,曰^是每轮拍卖过程的频段^'的分配参 数;S为卖家所拥有的待拍卖的频段数量;Pc为待出售频段的平均底价;bi为每轮拍卖过程中 买家i的出价;Iu = I表示第i个未授权用户和第j个未授权用户相互干扰。限制条件(2)规定 每轮拍卖过程中,赢家只能获取一个单个频段;限制条件(3)规定每轮拍卖过程中的买家出 价必须大于中央单元设定的频段平均底价;限制条件(4)为保证相互干扰的用户在每次循 环拍卖过程中不能同时成为赢家。
[0029] 本发明的有益效果为:本发明可用于对CoMP系统中的空闲频带进行有效分配。尤 其通过结合拍卖理论和CoMP系统的联合传输技术,改善协作小区用户的数据吞吐量,提高 CoMP系统的频谱利用率和系统收益,有益于CoMP系统中的频谱分配方法从静态走向动态, 更加贴近于实际应用。本发明具有一定的实际应用背景,具有易操作、易实现、易扩展等优 点。
【附图说明】
[0030] 图1为基于拍卖的CoMP系统模型示意图;
[0031 ]图2为基于拍卖的CoMP系统的多频带多赢家动态频谱分配方法示意图;
[0032] 图3为基于拍卖的CoMP系统的多频带多赢家动态频谱分配方法流程图。
【具体实施方式】
[0033] W下结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明,但并不是对本发明的限定。
[0034] 如图I所示,基于拍卖的CoMP系统模型示意图中,小区I、小区2、小区3组成了CoMP 系统中的协作小区。协作小区中的用户根据是否拥有空闲频带被划分为授权用户和非授权 用户。授权用户拥有空闲频带,可W通过拍卖空闲频带获得暂时收益;非授权用户可W通过 持有空闲频带而改善自身的通信质量。协作小区中的授权用户为卖家,非授权用户为买家。 各个小区中的eNB可W作为整个协作小区内的中央单元。在拍卖过程中,中央单元不仅可W 将小区内的其他eNB连接起来,还同时扮演频谱经纪人的角色,负责频带的动态拍卖过程。 中央单元可W通过接口是X2的回程链路得到协作小区中其它eNB的信道状态信息反馈,该 信道状态信息反馈主要包括两方面:信道质量指示和信道方向信息。中央单元根据回程链 路上述的信道状态信息反馈情况对协作小区中的用户进行联合处理,将用户接受到的干扰 信号转化为有用信号,提升协作小区中用户的数据吞吐量。在拍卖过程中,协作小区中的 eNB轮流充当中央单元。每进行一轮拍卖,eNB按小区顺序轮流扮演中央单元的角色。
[0035] 基于拍卖的CoMP系统的多频带多赢家动态频谱分配方法的示意图如图2所示,卖 家集合是具有空闲频带的授
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