基于博弈理论的CoMP系统和方法
【专利摘要】本发明公开了基于博弈理论的CoMP系统和方法，该系统包括用户检测模块和协作集选取模块。用户检测模块用于分析用户所处的位置信息，该信息的数据可以通过手机等网络设备进行上传，在得出用户距离基站的位置信息、所处位置的信号强度和周围的干扰情况等信息后，将生成的信息进行汇总，并同时发往协作集选取模块。协作集选取模块接受从用户检测模块传送过来的信息，计算用户的信干比，中断概率以及在整个cell的吞吐量，在对比用户距离所处小区基站的距离以及周围小区基站的情况后，动态地考虑用户是否需要进行协作以及最终协作方案的生成。本发明系统在达到一定吞吐量的情况下，减少了系统的负载损失，符合CoMP系统宗旨，提高了CoMP系统性能。
【专利说明】
基于博弈理论的CoMP系统和方法
技术领域
[0001] 本发明设及基于博弈理论的CoMP系统和方法，属于通信技术领域。
【背景技术】
[0002] 在下一代移动通信系统中，衰落和干扰是面临的两个关键挑战。为了实现高速、可 靠的数据传输，提高系统的频谱效率，协作多点通信（简称CoMP，Coordinated Mu 11iP1 e Points Transmission/Reception)作为多输入多输出（MIM0，Multiple I叩Ut Multiple Output)技术的扩展技术，是解决第四代移动通信系统高要求的技术之一，同时被视为改善 高数据速率覆盖范围和提高小区边缘吞吐量的一种工具。由于CoMP系统所带来的收益是W 系统负载损失为代价的，更多的协作基站不仅能带来更大的系统容量，也同时意味着对系 统负载损失的增大，为了容量的提高片面的加大协作规模往往会得不偿失。因此，有必要在 同时考虑系统容量和系统负荷的情况下对协作集规模进行统筹设计。而本发明能够很好地 解决上面的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明目的在于解决了上述现有技术的不足，提出了一种基于博弈理论的CoMP系 统和方法，本发明是从完全信息博弈中的化Sh均衡的方法入手，在系统容量和系统负载损 失之间进行了博弈，减少了系统的负载损失，提高了 CoMP系统性能。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于博弈理论的CoMP系统，该 系统包括用户检测模块和协作集选取模块。
[0005] 用户检测模块用于分析用户所处的位置信息，该信息的数据可W通过手机等网 络设备进行上传，在得出用户距离基站的位置信息、所处位置的信号强度和周围的干扰情 况等信息后，将生成的信息进行汇总，并同时发往协作集选取模块。
[0006] 协作集选取模块接受从用户检测模块传送过来的信息，计算用户的信干比，中断 概率W及在整个cell(即小区）的吞吐量，在对比用户距离所处小区基站的距离W及周围小 区基站的情况后，动态地考虑用户是否需要进行协作W及最终协作方案的生成。
[0007] 本发明系统协作集的选取功能集中到用户检测模块和协作集选取模块，通过用户 检测模块得出用户的位置，信号强度，干扰情况等信息并且传输到协作集选取模块，协作集 生成模块通过传输过来的信息，通过算法来决定是否进行协作，如果进行协作，选取哪个协 作集效果最好。
[000引本发明还提供了一种基于博弈理论的CoMP系统的设计方法，该方法包括如下步 骤：
[0009] 步骤1:小区的遍历容量分为两部分，即非协作区与协作区。根据香农瞬时容量来 计算遍历容量。非协作区与协作区的计算方法为：
[0010]
[0011]
[0012]
[0013]
[0014] 其中r与护为非协作区与协作区瞬时容量，r为非协作区的半径大小，R为整个小 区大小。f(P，0)为服务区的概率密度函数。
[0015] 步骤2:系统负载计算
[0016] 在频分双工的MIMO下行传输中，用户通过基站发送的导频序列来估计相关信道， 并将信道信息反馈给基站，基站必须保持传输直到它能够接收到所有用户的信道信息，运 样就会引起数据传输的延迟，而所述方法设计了净吞吐量用于表示运种损失，即：
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[001 引
[0019]其中，Nf是所有用户的反馈比特数，Ni是识别用户的额外比特，Tf是比特传输时间。
[0020] 击驢3 .结会态紐运冨前态紐债哉.连古的动r田巧掀-刖.
[0021]
[0022] 步骤4:设计博弈论模型
[0023] 将协作基站数量M。和协作半径r作为自变量，博弈论模型中的策略有所改变，博弈 论模型包括：
[0024] 1)参与者为:系统容量和系统负载损失，N= {1，2};
[0025] 2)策略空间为:i = l，2.其中（'=(.^>')，"。为协作基站数量^为协作半径；
[0026] 3川欠益函数，即：
[0027]
[00巧]步骤5: Nash均衡解的计算
[0029] 若是一个连续策略博弈的化Sh均衡，只要收益函数Ui(C)是连续的，就可W通过 求极值的方法求出每个参与人i针对其他参与人-i的全部策略的最佳反映函数.而参与人 的反映函数的焦点就一定是Nash均衡，因此，对于本问题的Nash均衡解的计算，可W归结到 对于收益函数U(Mc)的极值计算。
[0030] 协作用户的状态遍历容量经过简化为：
[0031]
[0032] 非协作区域中用户的遍历容量经过简化为：
[0033]
[0034] 运用控制变量法对M。与r分别求导，得出效用函数与两者的关系。
[00巧]有益效果：
[0036] 1、本发明是基于博弈理论的协作集规模选择的CoMP系统设计，该系统在达到一定 吞吐量的情况下，减少了系统的负载损失，符合CoMP系统宗旨，提高了 CoMP系统性能。
[0037] 2、本发明不仅能够适用于第四代移动通信，而且能够适用于五代通信技术，符合 绿色通信的要求。
[0038] 3、本发明在同时考虑系统容量和系统负荷的情况下，能够对协作集规模进行很好 地统筹和设计。
【附图说明】
[0039] 图1为本发明系统的结构示意图。
[0040] 图2为本发明系统的用户检测模块功能图。
[0041 ]图3本发明系统的协作集选取模块的功能图
[0042] 图4为本发明的博弈模型工作流程图。
[0043] 图5为本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0044] 下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。
[0045] 如图1所示，本发明提供了一种基于博弈理论的CoMP系统，该系统包括用户检测模 块和协作集选取模块。
[0046] 用户检测模块用于分析用户所处的位置信息，该信息的数据可W通过手机等网络 设备进行上传，在得出用户距离基站的位置信息、所处位置的信号强度和周围的干扰情况 等信息后，将生成的信息进行汇总，并同时发往协作集选取模块。
[0047] 协作集选取模块接受从用户检测模块传送过来的信息，计算用户的信干比，中断 概率W及在整个cell的吞吐量，在对比用户距离所处小区基站的距离W及周围小区基站的 情况后，动态地考虑用户是否需要进行协作W及最终协作方案的生成。
[004引本发明系统协作集的选取的功能集中到用户检测模块和协作集选取模块，通过用 户检测模块得出用户的位置，信号强度，干扰情况等信息并且传输到协作集选取模块，协作 集生成模块通过传输过来的信息，通过算法来决定是否进行协作，如果进行协作选取哪个 协作集效果最好。
[0049]如图2所示，本发明的用户检测模块主要用于根据用户距离当前基站位置，生成当 前用户的信干比，周围信号强度及干扰情况，将生成的信息进行汇总同时发往协作集选取 模块。
[0050] 如图3所示，本发明的协作集选取模块主要由附将反馈的数据源中信号强度与干 扰情况生成一个阔值，将用户的信干比与生成阔值进行比较，如小于给定阔值则将进行协 作通信，综合考虑系统的吞吐量与系统负载，通过系统的效用函数合理分配协作集。
[0051] 如图4所示，根据上一个模块所反馈的信息，通过系统容量公式得出系统吞吐量， 然后根据提供的修正因子计算系统负载损失，将两者传给博弈模型进行计算，及时将会在 容量与负载损失间寻找纳什均衡，最后传送给控制中屯、，在分配协作集。
[0052] 如图5所示，本发明还提供了一种基于博弈理论的CoMP系统的设计方法，该方法包 括如下步骤：
[0053] 步骤1:小区的遍历容量分为两部分，即非协作区与协作区。根据香农瞬时容量来 计算遍历容量。非协作区与协作区的计算方法为：
[0化4]
[0化5]
[0化6]
[0化7]
[0化引其中e'v与护为非协作区与协作区瞬时容量，r为非协作区的半径大小，R为整个小 区大小。f(P，0)为服务区的概率密度函数。
[0059] 步骤2:系统负载计算
[0060] 在频分双工的MIMO下行传输中，用户通过基站发送的导频序列来估计相关信道， 并将信道信息反馈给基站，基站必须保持传输直到它能够接收到所有用户的信道信息，运 样就会引起数据传输的延迟，而所述方法设计了净吞吐量用于表示运种损失，即：
[0061] 定义修正因子曰为：
[0062]
[0063] 其中，化是所有用户的反馈比特数，化是识别用户的额外比特，Tf是比特传输时间。
[0064] 步骤3:结合系统容量和系统负载，建立的效用函数，即：
[00 化]
[0066] 步骤4:巧计博弊化候型
[0067] 将协作基站数量M。和协作半径r作为自变量，博弈论模型中的策略有所改变，博弈 论模型包括：
[0068] 1)参与者为:系统容量和系统负载损失，N=U, 2};
[0069] 2)策略空间为:i = l，2.其中,Mc为协作基站数量，
[0070] r为协作半径；
[0071] 3)收益函数，即：
[0072]
[0073] 步骤5:Nash均衡解的计算
[0074] 若是一个连续策略博弈的化Sh均衡，只要收益函数Ui(C)是连续的，就可W通过求 极值的方法求出每个参与人i针对其他参与人-i的全部策略的最佳反映函数.而参与人的 反映函数的焦点就一定是Na S h均衡，因此，对于本问题的Na S h均衡解的计算，可W归结到 对于收益函数U(Mc)的极值计算。
[0075] 协作用户的状态遍历容量经过简化为：
[0079] 运用控制变量法对Mc与r分别求导，得出效用函数与两者的关系。
[0076]
[0077]
[007引
【主权项】
1. 一种基于博弈理论的CoMP系统，其特征在于，所述系统包括用户检测模块和协作集 选取模块； 用户检测模块用于分析用户所处的位置信息，所述信息的数据通过手机网络设备进行 上传，在得出用户距离基站的位置信息、所处位置的信号强度和周围的干扰情况等信息后， 将生成的信息进行汇总，并同时发往协作集选取模块； 协作集选取模块接受从用户检测模块传送过来的信息，计算用户的信干比，中断概率 以及在整个cell(即小区）的吞吐量，在对比用户距离所处小区基站的距离以及周围小区基 站的情况后，动态地考虑用户是否需要进行协作以及最终协作方案的生成。2. 根据权利要求1所述的一种基于博弈理论的CoMP系统，其特征在于，所述系统协作集 的选取功能集中到用户检测模块和协作集选取模块，通过用户检测模块得出用户的位置， 信号强度，干扰情况等信息并且传输到协作集选取模块，协作集生成模块通过传输过来的 信息，通过算法来决定是否进行协作。3. -种基于博弈理论的CoMP系统的设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： 步骤1:小区的遍历容量分为两部分，即非协作区与协作区，根据香农瞬时容量来计算 遍历容量； 步骤2:系统负载计算； 在频分双工的ΜΙΜΟ下行传输中，用户通过基站发送的导频序列来估计相关信道，并将 信道信息反馈给基站，基站必须保持传输直到它能够接收到所有用户的信道信息，设计了 净吞吐量用于表示这种损失，即反馈开销将系统平均吞吐量瓦降低为; 定义修正因子α为：其中，Nf是所有用户的反馈比特数，Ν:是识别用户的额外比特，Tf是比特传输时间： 步骤3:结合系统容量和系统负载，建立的效用函数，即：步骤4:设计博弈论模型； 将协作基站数量M。和协作半径r作为自变量，博弈论模型中的策略有所改变，博弈论模 型包括： 1) 参与者为:系统容量和系统负载损失，N= {1，2}; 2) 策略空间为:ζ1 i = l，2.其中r = a/tV)，M。为协作基站数量，r为协作半径； 3) 收益函数，即：步骤5: Nash均衡解的计算； 若是一个连续策略博弈的Nash均衡，只要收益函数m(c)是连续的，就通过求极值的方 法求出每个参与人i针对其他参与人-i的全部策略的最佳反映函数.而参与人的反映函数 的焦点就一定是Nash均衡，因此，对于本问题的Nash均衡解的计算，归结到对于收益函数U (Mc)的极值计算，即： 协作用户的状态遍历容量经过简化为：非协作区域中用户的遍历容量经过简化为：运用控制变量法对M。与r分别求导，得出效用函数与两者的关系。4. 根据权利要求3所述的一种基于博弈理论的CoMP系统的设计方法，其特征在于，所述 步骤1所述的非协作区与协作区的计算方法为：其中斤与P为非协作区与协作区瞬时容量，r为非协作区的半径大小，R为整个小区大 小，f(P，0)为服务区的概率密度函数。5. 根据权利要求3所述的一种基于博弈理论的CoMP系统的设计方法，其特征在于，所述 方法应用于CoMP系统。
【文档编号】H04W28/08GK105827286SQ201610046210
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月25日
【发明人】祁杰, 戴建新
【申请人】南京邮电大学