[发明专利]一种分数阶频率复用的频谱拍卖方法

权利要求书

1.一种分数阶频率复用的频谱拍卖方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)首先建立频谱拍卖的系统模型，系统模型包括卖家、拍卖中间人、买家和频谱池，将蜂窝网络中的频谱授权用户作为频谱拍卖的卖家，有频谱需求的非授权用户视为频谱拍卖的买家；卖家将自己待出租的频段信息提交给拍卖中间人，拍卖中间人将待拍卖的频谱资源汇总整理后放入频谱池中供有频谱需求的非授权用户竞标；

(2)根据系统模型对随机分布在认知无线蜂窝网络中的非授权用户参与拍卖之前的分组，由于这些用户分配频谱资源时需要考虑相互之间的通信干扰，为了抑制小区内和小区间的干扰，根据分数阶频率复用技术和同频小区划分原则，先将多个相邻的蜂窝小区进行同频小区的划分，同频小区之间由于不存在相互干扰，因此可以共用同一频段，故随机分布在多个蜂窝小区内的非授权用户也依据他们所在的位置被划分到不同的小区内，形成自然的同频小组，同频小组内的非授权用户将被作为一个整体参与频谱拍卖，将这些同频小组视为参与频谱拍卖的虚拟买家小组；设分组完成后得到的虚拟买家小组共有n个；

(3)同频小组划分完成后，再综合小组内部所有非授权用户对某个频段的出价信息，将内部成员出价最小值作为虚拟买家小组参与相应频段拍卖的出价；设授权用户共有m个待出让的频段，记为{s₁,s₂,…,s_m}，授权用户对这m个虚拟频段的保留价记为：{b₁,b₂,…,b_m}，虚拟买家小组对所有频段的出价情况用出价矩阵v表示，某个买家小组对所有频段的出价情况表示为：{v₁,v₂,…,v_m}，其中v_m表示买家小组对第m个频段的出价；拍卖中间人收集、整理卖家和虚拟买家小组的价格信息，将虚拟买家小组提交的出价信息进行排序，对照卖家保留价情况将频段优化分配；

(4)将优化分配问题建模为其中，U(x)表示系统的效用函数，频谱拍卖的最终目标就是实现虚拟买家小组效用的最大化，x_ij表示分配向量，用于描述虚拟买家小组竞拍频谱成功与否，只能取0或1，x_ij＝1表示虚拟买家小组i赢得某个频段j的拍卖，v_ij表示虚拟买家小组i对频段j的出价情况，即虚拟买家小组i想要赢得频段j所愿意支付的最大价格；分组完成后各虚拟买家小组应满足干扰约束条件，干扰约束条件表示为：它表示某个频段j在一轮拍卖中至多分配给一个虚拟买家小组，其中a_ij指示虚拟买家小组i对频段j的出价情况，只有在虚拟买家小组i对频段j的出价大于保留价时才有a_ij＝1，否则为0；虚拟买家小组和各个卖家在拍卖中间人的组织下根据系统效用最大化的目标和干扰约束条件的限制进行频谱拍卖；

(5)采用拉格朗日松弛算法求解上述优化分配问题，得到最终的优化分配矩阵x；最终虚拟买家小组赢得某个频段的使用权后，虚拟买家小组内部的各个买家可以共同使用而无需再考虑干扰问题，从而实现频率复用。

2.根据权利要求1所述的分数阶频率复用的频谱拍卖方法，其特征在于，所述系统模型面向复用因子为3的分数阶频率复用场景建立。

3.根据权利要求1所述的分数阶频率复用的频谱拍卖方法，其特征在于，所述步骤(5)中采用拉格朗日松弛算法求解优化问题的过程为：

首先通过拉格朗日乘子λ建立拉格朗日松弛问题，并用L(λ)表示，并且有：

通过化简计算，得到：

最终得到的拉格朗日松弛子问题为：

拉格朗日松弛子问题的解可以通过下式给出：

通过求解拉格朗日松弛子问题和拉格朗日对偶问题，得到原问题的近似解，并进行可行化处理，最终得到原问题的可行解；采用对偶间隙描述拉格朗日对偶解与原问题的解之间的接近程度，并通过次梯度优化不断修正拉格朗日乘子λ，最终实现拉格朗日对偶解充分接近原问题的解，从而求得最优分配x。