一种认知分布式天线系统的频谱拍卖的出价方法
【专利摘要】本发明公开了一种认知分布式天线系统的频谱拍卖的出价方法，包括步骤如下：S1.构建认知分布式天线系统频谱拍卖模型，系统中同时存在PU和SU，其中SU通过竞拍得到PU的授权频段并通过分布式天线进行通信，SU被不同分布式天线服务，可通过天线选择选出为SU提供较好服务的天线；S2.通过调整SU的发射功率及预编码向量，控制吞吐量，进而调整和控制SU的出价；S3.通过对认知分布式天线系统建立联合天线选择和预编码及功率分配优化目标来控制和调整SU吞吐量，通过天线选择之后再对发射功率及预编码权重进行优化。本发明，出价方式更具体，更贴合实际，考虑了PU和SU两方面，既能使SU拍得频带，又能保证PU的正常通信。
【专利说明】
-种认知分布式天线系统的频谱拍卖的出价方法
技术领域
[0001] 本发明设及认知无线电技术领域，具体为一种认知分布式天线系统的频谱拍卖的 出价方法。
【背景技术】
[0002] 面对无线通信业务需求增加和频谱资源短缺的矛盾，认知无线电中的频谱拍卖将 主用户(PU)所拥有的授权频带通过拍卖分配给次用户(SU)使用，提高频谱利用率。
[0003] 分布式天线作为一种多天线技术，可在不增加频谱带宽的前提下有效提高传输性 能，提高频谱利用率。现有的针对分布式天线的研究主要集中在对天线选择，信道容量，天 线位置设计等方面。
[0004] 将分布式天线与认知无线电结合，通过天线分散放置，减小SU与基站之间的距离， 降低SU的发射功率，能有效减小对主用户PU的干扰。由于两者结合的技术优势，引起学者的 关注。Wendong Ge分析了光载分布式天线的认知无线电资源管理技术，Jun化O Zhao针对基 于分布式天线的SU系统，提出了分布式天线位置的设计方案，另外又通过天线选择和功率 分配来最大化SU的总和速率，但是却未有对认知分布式天线系统进行频谱分配的研究。现 有的频谱拍卖研究中买家对频带的出价大多是随机给定的或仅考虑与其信噪比（SNR)有 关，并未考虑更多的影响因素。结合上述问题，本发明通过拍卖将频谱在认知分布式天线系 统下进行分配，提出一种在认知分布式天线系统下进行频谱拍卖的出价方法。既能使认知 分布式天线下的SU能竞拍到频带，又能保证对PU的干扰在限制范围之内。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种认知分布式天线系统的频谱拍卖的出价方法，W解决 上述【背景技术】中提出的问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种认知分布式天线系统的频谱拍卖的出价方法，包括步骤如下：
[000引Sl.构建认知分布式天线系统频谱拍卖模型，系统中同时存在PU和SU，其中SU通过 竞拍得到PU的授权频段并通过分布式天线进行通信，分布式天线负责对SU信号的收发，通 过中屯、处理单元对信号进行控制和处理，洲被不同分布式天线服务，可通过天线选择选出 为SU提供较好服务的天线；
[0009] S2.su考虑其在分布式天线下所得到的吞吐量因素对授权频带进行出价，通过调 整SU的发射功率及预编码向量，控制吞吐量，进而调整和控制SU的出价，认知分布式天线端 待发射信号为X= [X1，X2，...，XK]，经过预编码后得到次基站的发射信号向量为X = FPx,其 中F=[fl，f2, . . .，fK]为预编码矩阵
为发射功率矩阵，Pk为SUk 的发射功率，经过信道发送后，可得到SUk的信干噪比（SINR)和吞吐量；
[0010] S3.令洲k对频带n的出价Vkn定义为Vkn= 丫 knBnl〇g2(l+SINRk)，其中丫 kn为SUk对频 带n的喜好度，Bn为频带n的带宽，通过对认知分布式天线系统建立联合天线选择和预编码 及功率分配优化目标来控制和调整SU吞吐量，在一些限制条件下建立优化S者的目标函 数，通过天线选择之后再对发射功率及预编码权重进行优化，当各SU的发射功率和预编码 权重达到纳什均衡时，即可得到最优的吞吐量，由此会使SU得到最合理的出价，能保证其能 拍得最优的频带，且保证不影响PU的通信。
[0011] 优选的，所述步骤S2中信号经信道发送后卻k的SINR为
[0012]
其中〇 =[日1,1,日1,2,...，日?]表 示天线选择因子矢量，若SUk选择分布式天线m，则Qkm= 1，否则Qkm= 0，化m= W kmlkmhkm为分布 式天线m到smc的信道，包括阴影衰落COkm，路径损耗Ikm及小规模衰落信道hkm，fkm为SUk与天 线m间的预编码权重，Pm为发射功率，Xk为发射给SUk的信号，Pp为主用户的发射功率，阱为主 用户到SUk的信道系数，祉为均值为0,方差为巧的信道噪声。
[001引优选的，所述步骤S2中SUk的吞吐量为C= log2( 1+SINRk)。
[0014] 优选的，所述步骤S3中在一些限制条件下建立联合优化天线选择，预编码及发射 功率的目标函数及限制条件为
[0015]
[0016] 12 其中I化为PU的干扰限制阔值，Pt为总功率限制值，丫 min,k为SU的SINR需求阔值，其 中目标函数中第一项为SU对PU的干扰要小于阔值Ith,第二项为所有SU的总功率小于功率限 制阔值Pt,第=项为要满足SU的SINR需求值丫 min,k，第五项代表每根分布式天线只服务一个 SU，第六项表示每个SU只需一根分布式天线。 2 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明，使频谱拍卖结合了具体技术场 景，比现有的频谱拍卖方法更接近实际，并且相对于现有的频谱拍卖中随机给定出价的方 式，本发明的出价方式更具体，更贴合实际，考虑了PU和SU两方面，既能使SU拍得频带，又能 保证PU的正常通信。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明认知分布式天线系统模型示意图；
[0020] 图2为本发明为认知分布式天线系统频谱拍卖模型图。
【具体实施方式】
[0021] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022] 请参阅图1-2,本发明提供一种技术方案：
[0023] -种认知分布式天线系统的频谱拍卖的出价方法，包括步骤如下：
[0024] Sl.构建认知分布式天线系统频谱拍卖模型，系统中同时存在PU和SU，其中SU通过 竞拍得到PU的授权频段并通过分布式天线进行通信，分布式天线负责对SU信号的收发，通 过中屯、处理单元对信号进行控制和处理，洲被不同分布式天线服务，可通过天线选择选出 为SU提供较好服务的天线；
[0025] S2.su考虑其在分布式天线下所得到的吞吐量因素对授权频带进行出价，通过调 整SU的发射功率及预编码向量，控制吞吐量，进而调整和控制SU的出价，认知分布式天线端 待发射信号为X= [X1，X2，...，XK]，经过预编码后得到次基站的发射信号向量为X = FPx,其 中F=[fi，f2,...，时]为预编码矩阵
为发射功率矩阵，Pk为SUk的 发射功率，经过信道发送后，可得到smc的信干噪比（SINR)和吞吐量，步骤S2中信号经信道 发送后SUk的SINR为
[0026]
其中〇 =[日1,1，日1,2,...，日?]表 示天线选择因子矢量，若SUk选择分布式天线m，则Qkm= 1，否则Qkm= 0，化m= W kmlkmhkm为分布 式天线m到smc的信道，包括阴影衰落COkm，路径损耗Ikm及小规模衰落信道hkm，fkm为SUk与天 线m间的预编码权重，Pm为发射功率，Xk为发射给SUk的信号，Pp为主用户的发射功率，阱为主 用户到洲k的信道系数，邮为均值为0,方差为妓的信道噪声，步骤S2中洲k的吞吐量为C = log2(l+SINRk);
[0027] S3.令洲k对频带n的出价Vkn定义为Vkn= 丫 knBnlog2(l+SINRk)，其中丫 kn为SUk对频 带n的喜好度，Bn为频带n的带宽，通过对认知分布式天线系统建立联合天线选择和预编码 及功率分配优化目标来控制和调整洲吞吐量，在一些限制条件下建立优化S者的目标函 数，通过天线选择之后再对发射功率及预编码权重进行优化，当各SU的发射功率和预编码 权重达到纳什均衡时，即可得到最优的吞吐量，由此会使SU得到最合理的出价，能保证其能 拍得最优的频带，且保证不影响PU的通信，步骤S3中在一些限制条件下建立联合优化天线 选择，预编码及发射功率的目标函数及限制条件为
[002引
[0029]
[0030] 其中I化为PU的干扰限制阔值，Pt为总功率限制值，丫 min, k为SU的SINR需求阔值，其 中目标函数中第一项为SU对PU的干扰要小于阔值Ith,第二项为所有SU的总功率小于功率限 制阔值Pt,第=项为要满足SU的SINR需求值丫 min,k，第五项代表每根分布式天线只服务一个 SU，第六项表示每个SU只需一根分布式天线。
[0031 ]首先将发射功率及预编码权重固定，仅进行天线选择，天线选择完之后再对发射 功率及预编码权重进行优化，当各SU的发射功率和预编码权重达到纳什均衡时，即可得到 最优的吞吐量，由此会使洲得到最合理的出价Vkn= 丫 knBnl〇g2( 1 + SIN化），既能保证其能拍 得最优的频带，又能保证不影响PU的通信。
[0032]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可W 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可W对运些实施例进行多种变化、修改、替换 和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1. 一种认知分布式天线系统的频谱拍卖的出价方法，其特征在于，包括步骤如下：51. 构建认知分布式天线系统频谱拍卖模型，系统中同时存在PU和SU，其中SU通过竞拍 得到PU的授权频段并通过分布式天线进行通信，分布式天线负责对SU信号的收发，通过中 屯、处理单元对信号进行控制和处理，洲被不同分布式天线服务，可通过天线选择选出为SU 提供较好服务的天线； 52. su考虑其在分布式天线下所得到的吞吐量因素对授权频带进行出价，通过调整SU 的发射功率及预编码向量，控制吞吐量，进而调整和控制SU的出价，认知分布式天线端待发 射信号为X=[X1，X2,...，χκ]，经过预编码后得到次基站的发射信号向量为X=FPx，其中F = [fl，f2，...，fκ]为预编码矩阵，P = (执巧U/^，·^，…，·^]为发射功率矩阵，Pk为S邮的发射 功率，经过信道发送后，可得到SUk的信干噪比（SINR)和吞吐量； S3 .令卻k对频带η的出价Vkn定义为Vkn= 丫 knBnl〇g2( 1+SINRk)，其中丫 kn为卻k对频带η的 喜好度，Bn为频带η的带宽，通过对认知分布式天线系统建立联合天线选择和预编码及功率 分配优化目标来控制和调整SU吞吐量，在一些限制条件下建立优化Ξ者的目标函数，通过 天线选择之后再对发射功率及预编码权重进行优化，当各SU的发射功率和预编码权重达到 纳什均衡时，即可得到最优的吞吐量，由此会使洲得到最合理的出价，能保证其能拍得最优 的频带，且保证不影响PU的通信。2. 根据权利要求1所述的一种认知分布式天线系统的频谱拍卖的出价方法，其特征在 于:所述步骤S2中信号经信道发送后SUk的SINR为其中α = [αι,ι,αι,2, . . . ,ακΜ]表示天 线选择因子矢量，若SUk选择分布式天线m，则akm=l，否则akm = 0,化m= Wkmlkmhkm为分布式天 线m到SUk的信道，包括阴影衰落Wkm，路径损耗lk?及小规模衰落信道hkm，fk?为卻k与天线m间 的预编码权重，Pm为发射功率，祉为发射给SUk的信号，化为主用户的发射功率，阱为主用户 至化化的信道系数，祉为均值为0，方差为巧的信道噪声。3. 根据权利要求1所述的一种认知分布式天线系统的频谱拍卖的出价方法，其特征在 于:所述步骤S2中SUk的吞吐量为C= log2( 1+SINRk)。4. 根据权利要求1所述的一种认知分布式天线系统的频谱拍卖的出价方法，其特征在 于:所述步骤S3中在一些限制条件下建立联合优化天线选择，预编码及发射功率的目标函 数及限制条件为其中I化为PU的干扰限制阔值，Ρτ为总功率限制值，丫 min,k为SU的SINR需求阔值，其中目 标函数中第一项为SU对PU的干扰要小于阔值Ith，第二项为所有SU的总功率小于功率限制阔 值Ρτ，第Ξ项为要满足SU的SINR需求值丫 min,k，第五项代表每根分布式天线只服务一个SU， 第六项表示每个SU只需一根分布式天线。
【文档编号】H04W16/10GK105979526SQ201610520671
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】赵峰, 姬四林, 陈宏滨
【申请人】桂林电子科技大学