r>是來自SUA的干擾，因此SUA需要對 Dap進(jìn)行估計并選擇合適的dAB使得滿足：
[0051] 限制條件（c3)的原理為，由于用戶的吞吐量受兩段信道中最差的信道限制，所以 理智的中繼將會選擇將第二條信道作為較差的信道，即第二跳的信噪比將會低于第一跳的 信噪比。
[0052] 另一方面，基站想要獲得最優(yōu)的激勵R"，去最大化其效用。在這里，Cini, (CiniX)) 為基站向用戶m傳輸單位頻譜效率的收益。基站的目的是為了最大化其效用函數(shù)
[0054] s.t.u。（R)多 0
[0055] 博弈模型分析：
[0056] 本激勵機(jī)制分為兩個階段，在第一個階段，基站發(fā)布激勵R，在第二階段，中繼根據(jù) 激勵調(diào)整其發(fā)射功率。從主模型解釋，基站為主，即激勵R的發(fā)布者，中繼為從，其策略為最 優(yōu)發(fā)射功率功率分配的過程在中繼之間可以被視為一個非合作博弈。
[0057] 定義1 :若滿足條件
為中繼之間功率分配的納什均衡。
[0058] 我們將會證明中繼之間功率分配的納什均衡的存在性和唯一性。納什均衡的存在 性可以確保中繼之間存在至少一個穩(wěn)定的策略，納什均衡的唯一性可以保證基站可以預(yù)測 到中繼的策略。我們首先證明納什均衡的存在性。
[0059] 定理1 :若效用函數(shù)》fW>(P〇在F中連續(xù)而且是關(guān)于p丨，V/的凹函數(shù)，那么在中 繼之間的功率分配至少存在一個納什均衡。
[0060] 證明：根據(jù)（6) (7)，我們可以確定F的連續(xù)性，對于任意的用戶m，我們?nèi)r對 的二階導(dǎo)數(shù)，
[0062] 由于幾"(/〇是關(guān)于式m的非減凹函數(shù)，關(guān)于U1 (F)的二階導(dǎo)數(shù)總是負(fù)的，因此我 們可以確保納什均衡的存在性，接下來，我們將要證明納什均衡的唯一性。
[0063] 定理二：在非合作博弈的中繼功率分配博弈〃,(P:…G)中，納什均衡是唯一的。
[0064] 我們首先定義〇 (P11 0 )為U1 (F)的加權(quán)之和，0 = ( 0i，0 2, ? ? ?，0 N)為一系列 加權(quán)因子。
[0065] 命題1 :如果0 >0,在F中，存在關(guān)于〇 (P11 0 )是對角嚴(yán)格凹的，那么其納什均衡 點(diǎn)是唯一的。如果對稱矩陣[G(F，0)+G'（P11 0)]是負(fù)定的，那么〇 (P11 0)是對角嚴(yán)格 凹的。
[0066] 〇 (P' 0)的偽梯度向量（長度為_可以被寫為
[0068] 我們接著定義8(廣0)的雅克比矩陣G(P' 0)，其中矩陣中的元素位置為（(i-1)
[0069] 引理1 :對于每一個U1(F),若其對扣是凹的，而且對是凸的，而且存在0 >0使 得〇 (P11 9)在F中是凹的，那么就可以說[G(P' 0)+G'（P11 0)]是負(fù)定的。
[0070] 為了證明U1(Pf)對PJ；是凸的。對JhVVwi求二階導(dǎo)數(shù)
[0072] 因此上式對K是嚴(yán)格凸的，由于（10)是負(fù)的，而且〇 (P11 0)對F是凹的，根據(jù) 引理1，[G(P' 0)+G'（P11 0)]是負(fù)定的。根據(jù)命題1，〇 (P11 0)是對角嚴(yán)格凹的，因此在 中繼之間的功率分配存在唯一的納什均衡。因此我們可以證明定理2,接下來，我們要給出 在放大和解碼轉(zhuǎn)發(fā)下，中繼功率分配的方法。
[0073] 中繼功率分配的方法：
[0074] 在這里，我們將給出中繼的最優(yōu)發(fā)射功率，即達(dá)到納什均衡時的功率。為了便于計 算，我們將放大轉(zhuǎn)發(fā)模式下的信噪比限制（Cl)轉(zhuǎn)換為發(fā)射功率的下界
[0076] 為了計算感的最優(yōu)值，我們引入其拉格朗日對偶問題，可以表示為
[0078]在這里，人U 為非負(fù)的KKT因子。對其求一階偏導(dǎo)，并令其等于0。我
，可以得到放大轉(zhuǎn)發(fā)情況下的最優(yōu)傳輸功率<1,
[0084] 利用如下過程所示的對偶法和子梯度法，我們可以迭代出拉格朗日對偶算子 入i，Ii1,W的數(shù)值
[0087] 其中《為迭代步長。當(dāng)對偶算子收斂，即可得出最優(yōu)功率。
[0088] 為了計算解碼轉(zhuǎn)發(fā)情況下的發(fā)射功率P：，其對偶問題If可以寫成
[0090] 其中Ain, yi，nin，坑:，用為非負(fù)的KKT算子。If對1?求以階偏導(dǎo)并使其等于 〇，我們可以得到解碼轉(zhuǎn)發(fā)情況下的最優(yōu)發(fā)射功率
[0096] 定理3在激勵的取值范圍為RniG[0, + 00 ]，V用，u。(（P，中的博弈斯坦科爾伯 格均衡存在且唯一。
[0097] 我們首先將最優(yōu)功率的表達(dá)式帶入基站的表達(dá)式中，在這里定義 《(疋）= .("(/〇。我們在u。中對R"，Vw求二階偏導(dǎo)
[0099] 由于u。是關(guān)于R的嚴(yán)格凹函數(shù)，存在唯一的最優(yōu)斯坦科爾伯格均衡，R的數(shù)值可以 通過迭代算法求出來。
[0100] 模擬仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：
[0101] 為了驗(yàn)證本激勵機(jī)制的有效性，我們先對比在本激勵機(jī)制和直接傳播情況下基站 的效用函數(shù)。接著給出了隨著用戶數(shù)目的增加，基站的激勵和效用函數(shù)，中繼效用函數(shù)的變 化。為了進(jìn)一步體現(xiàn)系統(tǒng)的特性，我們還進(jìn)一步給出了隨著最小信噪比的變化，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的 變化。為了驗(yàn)證激勵機(jī)制的有效性，我們對比了基站和中繼在激勵取固定值和最優(yōu)值時的 效用函數(shù)。
[0102] 圖2給出在放大轉(zhuǎn)發(fā)的情況下，當(dāng)中繼的數(shù)目分別為2和3,和直傳時基站和中繼 的效用函數(shù)。假設(shè)中繼的數(shù)目為3,中繼分布在一個距離基站350m的圓弧上，即基站和中繼 之間的距離為350m。在這里，為了驗(yàn)證基站和用戶之間不同的距離對系統(tǒng)性能的影響，用戶 和基站的距離設(shè)為100_700m。由于多個中繼的存在，會給系統(tǒng)帶來分集增益，如圖所示，本 發(fā)明闡釋的效用函數(shù)值優(yōu)于直傳的效用函數(shù)。
[0103] 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，基站的激勵和效用函數(shù)隨著用戶數(shù)目增加的變化，隨著用戶數(shù)目的 增加，用戶的激勵，用戶的效用函數(shù)，和中繼的效用函數(shù)之和增長，這是因?yàn)殡S著用戶數(shù)目 的增加，基站的激勵增加，故用戶的激勵之和增長。
[0104] 綜上所述，本發(fā)明的目的在于設(shè)計一個協(xié)作通信模式下的激勵機(jī)制，通過設(shè)計一 個基于博弈論的激勵機(jī)制，通過給予中繼適當(dāng)?shù)睦?，鼓勵中繼參與到協(xié)作傳輸中，既能提 高系統(tǒng)的頻譜利用率又能提高用戶和基站雙方的利益，達(dá)到一個基站和中繼雙贏的狀態(tài)。
[0105] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于合作眾包的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸方法，其特征在于，該方法包括基站和多個中繼， 基站發(fā)布傳輸任務(wù)和激勵，中繼根據(jù)基站的激勵調(diào)整其傳輸功率。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸方法，其特征在于，中繼的目的是最大化其在 放大和解碼轉(zhuǎn)發(fā)下的效用函數(shù)U1,對于每一個中繼而言，它需要根據(jù)基站的激勵，決定其最優(yōu)的傳輸功率以達(dá)到最大化 其效用函數(shù)的目的。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸方法，其特征在于，中繼能夠得到解碼轉(zhuǎn)發(fā)情 況下的最優(yōu)發(fā)射功率4. 一種基于合作眾包的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括基站和多個中繼， 基站發(fā)布傳輸任務(wù)和激勵，中繼根據(jù)基站的激勵調(diào)整其傳輸功率。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，中繼的目的是最大化其在 放大和解碼轉(zhuǎn)發(fā)下的效用函數(shù)U1,對于每一個中繼而言，它需要根據(jù)基站的激勵，決定其最優(yōu)的傳輸功率以達(dá)到最大化 其效用函數(shù)的目的。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，中繼能夠得到解碼轉(zhuǎn)發(fā)情 況下的最優(yōu)發(fā)射功率/C,
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于合作眾包的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸方法及系統(tǒng)，該方法包括基站和多個中繼，基站發(fā)布傳輸任務(wù)和激勵，中繼根據(jù)基站的激勵調(diào)整其傳輸功率。本發(fā)明的有益效果是：綜上所述，本發(fā)明的目的在于設(shè)計一個協(xié)作通信模式下的激勵機(jī)制，通過設(shè)計一個基于博弈論的激勵機(jī)制，通過給予中繼適當(dāng)?shù)睦?，鼓勵中繼參與到協(xié)作傳輸中，既能提高系統(tǒng)的頻譜利用率又能提高用戶和基站雙方的利益，達(dá)到一個基站和中繼雙贏的狀態(tài)。
【IPC分類】H04W52/06
【公開號】CN105163378
【申請?zhí)枴緾N201510543044
【發(fā)明人】張欽宇, 孔慶磊, 楊藝, 王野, 梁亞超, 孫萌
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月28日