[发明专利]基于神经网络和时间演化的小小区微基站频谱拍卖方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种基于神经网络和时间演化的小小区微基站频谱拍卖方法。

背景技术

如今越来越多的用户依赖于移动通信，随着无线通信的蓬勃发展移动通信成为人们日常生活中不可或缺的一部分。与之相应的，移动终端的数量和用户对于频谱资源的需求也呈现大量的增长。目前商用最快的移动通信技术升级版长期演进LTE-A也不得不面对新的挑战。为了应对移动通信用户需求的不断激增，通信运营商和设备商将设立小小区微基站。在宏蜂窝下设立多个小小区微基站，形成两层异构网络作为提升系统容量的解决方案。

小小区微基站是一种低功率的无线接入节点可以覆盖10米到200米的范围；如今运营商均开始使用小小区微基站来扩展覆盖范围和提升网络容量，尤其是用在诸如商业中心或者学校区域等通信数据流量大的繁忙地区进行分流；

近年来，许多研究人员对认知无线电系统中的频谱分配进行了深入研究，特别是基于拍卖理论的动态频谱分配研究。

拍卖是一个经济学概念，是一种售卖商品的手段。频谱拍卖是近年来新兴起的理论，将具有频谱需求的小小区微基站看作经济学中的买家，拥有频带授权的宏蜂窝基站作为卖家的拍卖行为。当小小区微基站中的移动终端需要使用频段时，通过拍卖获得授权频带的使用权。采用频谱拍卖机制可以有效优化分配频谱资源的使用效率，同时为宏蜂窝基站提供收益，提升其共享频谱资源的积极性。事实证明频谱拍卖是一种有效解决频谱资源分配问题，提升频谱资源利用率的有效手段。

但是对于小小区微基站中的拍卖式分配频谱资源的研究尚处于起步阶段。

申请号为2010102767804名称为一种基于拍卖和满意度模型的动态频谱分配方法的中国专利公开了一种依据用户满意度技术。该技术采用了按用户对频谱满意度的频谱分配，但该技术存在直接比较出价决定支付的缺点，不能有效保证诚实性，抑制买家虚报价格，影响拍卖的公平性，同时没有考虑到用户间的干扰而盲目的进行拍卖。这将导致用户在拍卖获得频谱后可能会获得质量差的通信过程，影响用户收益和系统效益。

申请号为2014104363803名称为一种基于干扰信息的真实性动态双向频谱拍卖方法的中国专利公开了基于微基站产生的干扰进行频谱拍卖的技术。该技术通过对微基站产生干扰和频谱占用时间的乘积与机会成本比较判断是否进行频谱分配。该技术只考虑了干扰，如果满足条件则直接进行频谱分配，这是一种没有竞争性的频谱拍卖，没有明显的竞价过程，同时分配只考虑干扰，而不考虑用户的收益，用户对于信道的兴趣度，以及用户是否具有支付分配信道的能力。

现有技术存在以下缺点：

1)拍卖分配频谱的过程趋近于直接进行分配，对于竞价者的信息考虑过少。实际上用户对于信道的兴趣度，使用后的收益，竞标者的支付能力都是影响拍卖的重要因素。

2)现有的拍卖分配频谱过程停留在静态拍卖阶段，没有考虑多时间的情况。在多时间拍卖下，用户将根据先前时隙的使用情况获得经验，指导后续时隙参与拍卖的行为。

3)现有的的频谱拍卖方法没有将用户出价和小小区微基站购买频段通信获得的利益联系起来。通常只针对有无干扰进行分配，分配后直接进行支付，没有明显的竞价过程。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是如何合理分配宏蜂窝基站空闲时授权频带的使用权，提升频谱利用率，减少相邻小小区微基站干扰，提高通信质量并最得最大经济效益。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种基于神经网络和时间演化的小小区微基站频谱拍卖方法，在由宏蜂窝网、小小区微基站和手机用户构成的两层异构网络系统中，通过建立基于神经网络的频谱分配拍卖模型，将宏蜂窝基站提供的授权频谱划分为多个时隙，卖方根据设定的收益函数和拍卖目标函数对时隙频谱作为商品进行拍卖，买方每轮竞拍后，根据自身对于频谱的需求程度和自身收益作为经验进行调整出价，直至完成整个授权频谱分配过程，具体步骤以下：

步骤1开始拍卖准备阶段，宏蜂窝网作为卖方公布准备出售用于共享的频谱资源，用于共享的频谱资源是以划分时隙的形式进行出售，小小区微基站覆盖的用户作为买家为满足自身通信需要购买一至多个时隙，小小区微基站作为买家提交所需时隙请求；

步骤2选取所有对第t时隙有需求的买家，若待拍卖分配时隙t大于剩余可用时隙T'，则说明全部时隙分配完毕；

步骤3搭建采用误差反向传播算法的神经网络，输入历史上的买家的综合信息和成交记录作为训练集，训练神经网络直至误差小于千分之一，其具体过程如下：