基于博弈理論的CoMP系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于博弈理論的CoMP系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括用戶檢測模塊和協(xié)作集選取模塊。用戶檢測模塊用于分析用戶所處的位置信息，該信息的數(shù)據(jù)可以通過手機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行上傳，在得出用戶距離基站的位置信息、所處位置的信號強度和周圍的干擾情況等信息后，將生成的信息進行匯總，并同時發(fā)往協(xié)作集選取模塊。協(xié)作集選取模塊接受從用戶檢測模塊傳送過來的信息，計算用戶的信干比，中斷概率以及在整個cell的吞吐量，在對比用戶距離所處小區(qū)基站的距離以及周圍小區(qū)基站的情況后，動態(tài)地考慮用戶是否需要進行協(xié)作以及最終協(xié)作方案的生成。本發(fā)明系統(tǒng)在達到一定吞吐量的情況下，減少了系統(tǒng)的負載損失，符合CoMP系統(tǒng)宗旨，提高了CoMP系統(tǒng)性能。
【專利說明】
基于博弈理論的CoMP系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及基于博弈理論的CoMP系統(tǒng)和方法，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在下一代移動通信系統(tǒng)中，衰落和干擾是面臨的兩個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)高速、可 靠的數(shù)據(jù)傳輸，提高系統(tǒng)的頻譜效率，協(xié)作多點通信（簡稱CoMP，Coordinated Mu 11iP1 e Points Transmission/Reception)作為多輸入多輸出（MIM0，Multiple I叩Ut Multiple Output)技術(shù)的擴展技術(shù)，是解決第四代移動通信系統(tǒng)高要求的技術(shù)之一，同時被視為改善 高數(shù)據(jù)速率覆蓋范圍和提高小區(qū)邊緣吞吐量的一種工具。由于CoMP系統(tǒng)所帶來的收益是W 系統(tǒng)負載損失為代價的，更多的協(xié)作基站不僅能帶來更大的系統(tǒng)容量，也同時意味著對系 統(tǒng)負載損失的增大，為了容量的提高片面的加大協(xié)作規(guī)模往往會得不償失。因此，有必要在 同時考慮系統(tǒng)容量和系統(tǒng)負荷的情況下對協(xié)作集規(guī)模進行統(tǒng)籌設(shè)計。而本發(fā)明能夠很好地 解決上面的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的在于解決了上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于博弈理論的CoMP系 統(tǒng)和方法，本發(fā)明是從完全信息博弈中的化Sh均衡的方法入手，在系統(tǒng)容量和系統(tǒng)負載損 失之間進行了博弈，減少了系統(tǒng)的負載損失，提高了 CoMP系統(tǒng)性能。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種基于博弈理論的CoMP系統(tǒng)，該 系統(tǒng)包括用戶檢測模塊和協(xié)作集選取模塊。
[0005] 用戶檢測模塊用于分析用戶所處的位置信息，該信息的數(shù)據(jù)可W通過手機等網(wǎng) 絡(luò)設(shè)備進行上傳，在得出用戶距離基站的位置信息、所處位置的信號強度和周圍的干擾情 況等信息后，將生成的信息進行匯總，并同時發(fā)往協(xié)作集選取模塊。
[0006] 協(xié)作集選取模塊接受從用戶檢測模塊傳送過來的信息，計算用戶的信干比，中斷 概率W及在整個cell(即小區(qū)）的吞吐量，在對比用戶距離所處小區(qū)基站的距離W及周圍小 區(qū)基站的情況后，動態(tài)地考慮用戶是否需要進行協(xié)作W及最終協(xié)作方案的生成。
[0007] 本發(fā)明系統(tǒng)協(xié)作集的選取功能集中到用戶檢測模塊和協(xié)作集選取模塊，通過用戶 檢測模塊得出用戶的位置，信號強度，干擾情況等信息并且傳輸?shù)絽f(xié)作集選取模塊，協(xié)作集 生成模塊通過傳輸過來的信息，通過算法來決定是否進行協(xié)作，如果進行協(xié)作，選取哪個協(xié) 作集效果最好。
[000引本發(fā)明還提供了一種基于博弈理論的CoMP系統(tǒng)的設(shè)計方法，該方法包括如下步 驟：
[0009] 步驟1:小區(qū)的遍歷容量分為兩部分，即非協(xié)作區(qū)與協(xié)作區(qū)。根據(jù)香農(nóng)瞬時容量來 計算遍歷容量。非協(xié)作區(qū)與協(xié)作區(qū)的計算方法為：
[0010]
[0011]
[0012]
[0013]
[0014] 其中r與護為非協(xié)作區(qū)與協(xié)作區(qū)瞬時容量，r為非協(xié)作區(qū)的半徑大小，R為整個小 區(qū)大小。f(P，0)為服務(wù)區(qū)的概率密度函數(shù)。
[0015] 步驟2:系統(tǒng)負載計算
[0016] 在頻分雙工的MIMO下行傳輸中，用戶通過基站發(fā)送的導(dǎo)頻序列來估計相關(guān)信道， 并將信道信息反饋給基站，基站必須保持傳輸直到它能夠接收到所有用戶的信道信息，運 樣就會引起數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t，而所述方法設(shè)計了凈吞吐量用于表示運種損失，即：
[00-| 7] 卓 \、//fefe TTT 曲玉。去
[001 引
[0019]其中，Nf是所有用戶的反饋比特數(shù)，Ni是識別用戶的額外比特，Tf是比特傳輸時間。
[0020] 擊驢3 .結(jié)會態(tài)紐運冨前態(tài)紐債哉.連古的動r田巧掀-刖.
[0021]
[0022] 步驟4:設(shè)計博弈論模型
[0023] 將協(xié)作基站數(shù)量M。和協(xié)作半徑r作為自變量，博弈論模型中的策略有所改變，博弈 論模型包括：
[0024] 1)參與者為:系統(tǒng)容量和系統(tǒng)負載損失，N= {1，2};
[0025] 2)策略空間為:i = l，2.其中（'=(.^>')，"。為協(xié)作基站數(shù)量^為協(xié)作半徑；
[0026] 3川欠益函數(shù)，即：
[0027]
[00巧]步驟5: Nash均衡解的計算
[0029] 若是一個連續(xù)策略博弈的化Sh均衡，只要收益函數(shù)Ui(C)是連續(xù)的，就可W通過 求極值的方法求出每個參與人i針對其他參與人-i的全部策略的最佳反映函數(shù).而參與人 的反映函數(shù)的焦點就一定是Nash均衡，因此，對于本問題的Nash均衡解的計算，可W歸結(jié)到 對于收益函數(shù)U(Mc)的極值計算。
[0030] 協(xié)作用戶的狀態(tài)遍歷容量經(jīng)過簡化為：
[0031]
[0032] 非協(xié)作區(qū)域中用戶的遍歷容量經(jīng)過簡化為：
[0033]
[0034] 運用控制變量法對M。與r分別求導(dǎo)，得出效用函數(shù)與兩者的關(guān)系。
[00巧]有益效果：
[0036] 1、本發(fā)明是基于博弈理論的協(xié)作集規(guī)模選擇的CoMP系統(tǒng)設(shè)計，該系統(tǒng)在達到一定 吞吐量的情況下，減少了系統(tǒng)的負載損失，符合CoMP系統(tǒng)宗旨，提高了 CoMP系統(tǒng)性能。
[0037] 2、本發(fā)明不僅能夠適用于第四代移動通信，而且能夠適用于五代通信技術(shù)，符合 綠色通信的要求。
[0038] 3、本發(fā)明在同時考慮系統(tǒng)容量和系統(tǒng)負荷的情況下，能夠?qū)f(xié)作集規(guī)模進行很好 地統(tǒng)籌和設(shè)計。
【附圖說明】
[0039] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040] 圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的用戶檢測模塊功能圖。
[0041 ]圖3本發(fā)明系統(tǒng)的協(xié)作集選取模塊的功能圖
[0042] 圖4為本發(fā)明的博弈模型工作流程圖。
[0043] 圖5為本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0044] 下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明創(chuàng)造作進一步的詳細說明。
[0045] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于博弈理論的CoMP系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用戶檢測模 塊和協(xié)作集選取模塊。
[0046] 用戶檢測模塊用于分析用戶所處的位置信息，該信息的數(shù)據(jù)可W通過手機等網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備進行上傳，在得出用戶距離基站的位置信息、所處位置的信號強度和周圍的干擾情況 等信息后，將生成的信息進行匯總，并同時發(fā)往協(xié)作集選取模塊。
[0047] 協(xié)作集選取模塊接受從用戶檢測模塊傳送過來的信息，計算用戶的信干比，中斷 概率W及在整個cell的吞吐量，在對比用戶距離所處小區(qū)基站的距離W及周圍小區(qū)基站的 情況后，動態(tài)地考慮用戶是否需要進行協(xié)作W及最終協(xié)作方案的生成。
[004引本發(fā)明系統(tǒng)協(xié)作集的選取的功能集中到用戶檢測模塊和協(xié)作集選取模塊，通過用 戶檢測模塊得出用戶的位置，信號強度，干擾情況等信息并且傳輸?shù)絽f(xié)作集選取模塊，協(xié)作 集生成模塊通過傳輸過來的信息，通過算法來決定是否進行協(xié)作，如果進行協(xié)作選取哪個 協(xié)作集效果最好。
[0049]如圖2所示，本發(fā)明的用戶檢測模塊主要用于根據(jù)用戶距離當前基站位置，生成當 前用戶的信干比，周圍信號強度及干擾情況，將生成的信息進行匯總同時發(fā)往協(xié)作集選取 模塊。
[0050] 如圖3所示，本發(fā)明的協(xié)作集選取模塊主要由附將反饋的數(shù)據(jù)源中信號強度與干 擾情況生成一個闊值，將用戶的信干比與生成闊值進行比較，如小于給定闊值則將進行協(xié) 作通信，綜合考慮系統(tǒng)的吞吐量與系統(tǒng)負載，通過系統(tǒng)的效用函數(shù)合理分配協(xié)作集。
[0051] 如圖4所示，根據(jù)上一個模塊所反饋的信息，通過系統(tǒng)容量公式得出系統(tǒng)吞吐量， 然后根據(jù)提供的修正因子計算系統(tǒng)負載損失，將兩者傳給博弈模型進行計算，及時將會在 容量與負載損失間尋找納什均衡，最后傳送給控制中屯、，在分配協(xié)作集。
[0052] 如圖5所示，本發(fā)明還提供了一種基于博弈理論的CoMP系統(tǒng)的設(shè)計方法，該方法包 括如下步驟：
[0053] 步驟1:小區(qū)的遍歷容量分為兩部分，即非協(xié)作區(qū)與協(xié)作區(qū)。根據(jù)香農(nóng)瞬時容量來 計算遍歷容量。非協(xié)作區(qū)與協(xié)作區(qū)的計算方法為：
[0化4]
[0化5]
[0化6]
[0化7]
[0化引其中e'v與護為非協(xié)作區(qū)與協(xié)作區(qū)瞬時容量，r為非協(xié)作區(qū)的半徑大小，R為整個小 區(qū)大小。f(P，0)為服務(wù)區(qū)的概率密度函數(shù)。
[0059] 步驟2:系統(tǒng)負載計算
[0060] 在頻分雙工的MIMO下行傳輸中，用戶通過基站發(fā)送的導(dǎo)頻序列來估計相關(guān)信道， 并將信道信息反饋給基站，基站必須保持傳輸直到它能夠接收到所有用戶的信道信息，運 樣就會引起數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t，而所述方法設(shè)計了凈吞吐量用于表示運種損失，即：
[0061] 定義修正因子曰為：
[0062]
[0063] 其中，化是所有用戶的反饋比特數(shù)，化是識別用戶的額外比特，Tf是比特傳輸時間。
[0064] 步驟3:結(jié)合系統(tǒng)容量和系統(tǒng)負載，建立的效用函數(shù)，即：
[00 化]
[0066] 步驟4:巧計博弊化候型
[0067] 將協(xié)作基站數(shù)量M。和協(xié)作半徑r作為自變量，博弈論模型中的策略有所改變，博弈 論模型包括：
[0068] 1)參與者為:系統(tǒng)容量和系統(tǒng)負載損失，N=U, 2};
[0069] 2)策略空間為:i = l，2.其中,Mc為協(xié)作基站數(shù)量，
[0070] r為協(xié)作半徑；
[0071] 3)收益函數(shù)，即：
[0072]
[0073] 步驟5:Nash均衡解的計算
[0074] 若是一個連續(xù)策略博弈的化Sh均衡，只要收益函數(shù)Ui(C)是連續(xù)的，就可W通過求 極值的方法求出每個參與人i針對其他參與人-i的全部策略的最佳反映函數(shù).而參與人的 反映函數(shù)的焦點就一定是Na S h均衡，因此，對于本問題的Na S h均衡解的計算，可W歸結(jié)到 對于收益函數(shù)U(Mc)的極值計算。
[0075] 協(xié)作用戶的狀態(tài)遍歷容量經(jīng)過簡化為：
[0079] 運用控制變量法對Mc與r分別求導(dǎo)，得出效用函數(shù)與兩者的關(guān)系。
[0076]
[0077]
[007引
【主權(quán)項】
1. 一種基于博弈理論的CoMP系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括用戶檢測模塊和協(xié)作集 選取模塊； 用戶檢測模塊用于分析用戶所處的位置信息，所述信息的數(shù)據(jù)通過手機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行 上傳，在得出用戶距離基站的位置信息、所處位置的信號強度和周圍的干擾情況等信息后， 將生成的信息進行匯總，并同時發(fā)往協(xié)作集選取模塊； 協(xié)作集選取模塊接受從用戶檢測模塊傳送過來的信息，計算用戶的信干比，中斷概率 以及在整個cell(即小區(qū)）的吞吐量，在對比用戶距離所處小區(qū)基站的距離以及周圍小區(qū)基 站的情況后，動態(tài)地考慮用戶是否需要進行協(xié)作以及最終協(xié)作方案的生成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于博弈理論的CoMP系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)協(xié)作集 的選取功能集中到用戶檢測模塊和協(xié)作集選取模塊，通過用戶檢測模塊得出用戶的位置， 信號強度，干擾情況等信息并且傳輸?shù)絽f(xié)作集選取模塊，協(xié)作集生成模塊通過傳輸過來的 信息，通過算法來決定是否進行協(xié)作。3. -種基于博弈理論的CoMP系統(tǒng)的設(shè)計方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： 步驟1:小區(qū)的遍歷容量分為兩部分，即非協(xié)作區(qū)與協(xié)作區(qū)，根據(jù)香農(nóng)瞬時容量來計算 遍歷容量； 步驟2:系統(tǒng)負載計算； 在頻分雙工的ΜΙΜΟ下行傳輸中，用戶通過基站發(fā)送的導(dǎo)頻序列來估計相關(guān)信道，并將 信道信息反饋給基站，基站必須保持傳輸直到它能夠接收到所有用戶的信道信息，設(shè)計了 凈吞吐量用于表示這種損失，即反饋開銷將系統(tǒng)平均吞吐量瓦降低為; 定義修正因子α為：其中，Nf是所有用戶的反饋比特數(shù)，Ν:是識別用戶的額外比特，Tf是比特傳輸時間： 步驟3:結(jié)合系統(tǒng)容量和系統(tǒng)負載，建立的效用函數(shù)，即：步驟4:設(shè)計博弈論模型； 將協(xié)作基站數(shù)量M。和協(xié)作半徑r作為自變量，博弈論模型中的策略有所改變，博弈論模 型包括： 1) 參與者為:系統(tǒng)容量和系統(tǒng)負載損失，N= {1，2}; 2) 策略空間為:ζ1 i = l，2.其中r = a/tV)，M。為協(xié)作基站數(shù)量，r為協(xié)作半徑； 3) 收益函數(shù)，即：步驟5: Nash均衡解的計算； 若是一個連續(xù)策略博弈的Nash均衡，只要收益函數(shù)m(c)是連續(xù)的，就通過求極值的方 法求出每個參與人i針對其他參與人-i的全部策略的最佳反映函數(shù).而參與人的反映函數(shù) 的焦點就一定是Nash均衡，因此，對于本問題的Nash均衡解的計算，歸結(jié)到對于收益函數(shù)U (Mc)的極值計算，即： 協(xié)作用戶的狀態(tài)遍歷容量經(jīng)過簡化為：非協(xié)作區(qū)域中用戶的遍歷容量經(jīng)過簡化為：運用控制變量法對M。與r分別求導(dǎo)，得出效用函數(shù)與兩者的關(guān)系。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于博弈理論的CoMP系統(tǒng)的設(shè)計方法，其特征在于，所述 步驟1所述的非協(xié)作區(qū)與協(xié)作區(qū)的計算方法為：其中斤與P為非協(xié)作區(qū)與協(xié)作區(qū)瞬時容量，r為非協(xié)作區(qū)的半徑大小，R為整個小區(qū)大 小，f(P，0)為服務(wù)區(qū)的概率密度函數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于博弈理論的CoMP系統(tǒng)的設(shè)計方法，其特征在于，所述 方法應(yīng)用于CoMP系統(tǒng)。
【文檔編號】H04W28/08GK105827286SQ201610046210
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月25日
【發(fā)明人】祁杰, 戴建新
【申請人】南京郵電大學(xué)