南京邮电大学

一种5G混合场景下面向QoE的双层匹配博弈方法

摘要

本发明公开了一种5G混合场景下面向QoE的双层匹配博弈方法，其特征在于：在5G场景下的一个小蜂窝基站SBS，混合共存有C个蜂窝用户CU和D个D2D用户DU；所述方法基于用户体验质量QoE为优化指标，实现CU和信道之间、DU和资源块之间达到稳定的匹配，包括：一、CU和信道基于对方个体分别建立偏好列表，采用考虑已存匹配的多对一匹配博弈算法，来进行蜂窝内部的信道与CU之间的匹配；二、DU和资源块基于对方个体分别建立偏好列表，利用考虑已存匹配的多对多匹配博弈算法，为蜂窝内部的DU分配资源块进行通信，三、通过不断的迭代，更新CU的信道分配向量和DU与资源块的匹配结果，最终达到稳定的双边匹配。本发明的频谱分配方案，简单实用，具有良好的应用前景。

主权项

1.一种5G混合场景下面向QoE的双层匹配博弈方法，其特征在于：在5G场景下，设置一个小蜂窝基站SBS，其中混合共存有I个蜂窝用户CU和J个D2D用户DU，分别用CUci和DUdj来表示，其中而蜂窝网络中的信道用来表示；与CUci匹配的信道为一个资源块RBi，和CU的集合相对应，资源块的集合可表示为所述方法基于用户体验质量为优化指标，实现总体体验质量的最优化，包括：第一部分，CU和信道基于对方个体分别建立偏好列表，采用考虑已存匹配的多对一匹配博弈算法，来解决蜂窝内部的信道与CU之间的匹配问题；第二部分，信道根据自己对用户的偏好程度接受或拒绝CU的接入请求，考虑到D2D用户在通信时对其相应的CU产生的干扰限制，来解决DU复用CU资源块进行通信的问题；利用考虑已存匹配的多对多匹配博弈算法，对SBS中的DU进行信道分配；第三部分，更新CU的信道分配向量，通过不断迭代的过程，最终达到稳定的双边匹配；在所述的第一部分，所述的信道与CU之间的匹配的目标是使SBS中所有CU的总体满意度最大，即：其中，是指CUci占用信道的集合；U(a)是指总体满意度，即所有CU的满意度之和；是CUci的速率；是CUci的满意度；所述的第一部分的实现步骤包括：步骤1、初始化，随机生成一个信道分配向量a；步骤2、CU和信道分别基于对方建立偏好列表；所述第一部分的步骤2具体包括以下步骤：步骤2‑1：每个CU建立自己对信道的偏好列表；对于CUci来说，偏好关系是指对于任意两个信道l和l′，仅当时，存在其中和分别是指信道l和l′的效用，其中l，即：当CU在信道l上通信的效用大于信道l′，说明CU更偏好于信道l；每个CUci都计算效用根据效用来更新自己的偏好然后向自己最偏好的信道发出请求；其中用户ci的效用计算如下：表示占用RBi的CUci的当前满意度，是指当加入信道l之后，CUci的满意度，其满意度效用函数用下式表示：其中r是每个用户的吞吐量，rreq是用户要求的速率，常量τ反映了其对所要求的传输速率rreq的需求程度；rs是使用户的需求刚达到饱和的速率，rd是使用户的满意度开始下降的速率；每个用户的速率r计算公式如下：r＝Blog2(1+γ)        (3)其中，γ表示信噪比SINR，B是信道的带宽；CUci在信道l上传输时的信噪比SINRγi表示为其中，Qi表示CUci的传输功率，GB，i和GB，j分别是指从基站到ci和dj的增益，N0是指接收端的高斯噪声；而xij来表示该CU所占用的信道是否被分配给了一个DU；表示每个DUdj给与其匹配的资源块RBi平均分配传输能量；步骤2‑2：信道基于CU建立偏好列表；对于信道l来说，SBS中存在两种CU：(1)正在占用该信道的CU；(2)其他CU，其中每个信道l对所有提出接入请求的CU以及正在占用信道l的用户计算效用εl(ci)，从而更新自己的偏好列表＞l；其中，信道l的匹配效用εl(ci)计算如下：其中，是指CUci离开信道l时的满意度；步骤3、随机选择一个信道l，从正在占用信道l的CU处撤回信道l，即然后将信道l分配给自己最偏好的即然后更新信道分配向量a；步骤4、返回所述第一部分的步骤2，直到s.t.和ci＞lμ(l)，得到稳定的匹配μ；在所述第一部分的步骤2中，所述的CU和信道分别基于对方建立偏好列表，是指：在SBS中，采用匹配博弈理论进行信道与CU之间的匹配；在此匹配过程中，每个信道最多被分配给一个CU，而一个CU可以接入多个信道，所有操作包括匹配请求、接受、拒绝，均根据双方的偏好列表来确定；所述第二部分的实现步骤包括：步骤1、初始化，建立初始的匹配状态；所述第二部分的步骤1具体包括以下步骤：步骤1‑1、所有的DU与资源块随机匹配，同时满足如下公式(5)中的约束条件C1‑C5：max U(X)，             (5)s.t.C1：C2：C3：C4：C5：其中，表示总体效用是所有CU和DU的效用的最大值；表示在RBi上传输的DUdj接收到的信噪比SINR；和分别表示DU和CU的必须满足的信噪比要求；qmax表示每个CU的信道最多能被DU复用的个数；表示任意CU和DU所获得的满意度效用，usmin表示满意度效用的最低限度；步骤1‑2、每个DUdj给与其匹配的资源块RBi平均分配传输能量，表示为其中Pj代表每个DU发送端总的发送功率；步骤2、交换匹配过程；所述第二部分的步骤2具体包括以下步骤：步骤2‑1、每个DUdj对其他的DUdj’所占用的资源块和空闲资源块计算效用和若其效用值大于零则以降序排列建立偏好列表所述的效用计算如下：上式中，表示DUdj占用RBi时的满意度，表示DUdj将资源块RBi换成DUdj’的资源块RBi’之后用户的满意度；而表示DUdj和dj’所匹配的资源块互换之后的满意度增值作为效用；效用计算如下：是指没有达到最大接入值、还允许DU接入的RBi’；其中表示DUdj不改变原有匹配情况的前提下，接入之后的满意度；效用表示dj接入之后其满意度的增量；步骤2‑2、每个DUdj用户根据自己的偏好列表，向自己最偏好的DUj’或者资源块提出建立交换对(dj，dj’)或者的请求；步骤2‑3、每个资源块RBi对接收到的建立交换对的请求的DU，计算效用和更新偏好列表：其中，是指dj和dj’的交换前RBi的效用，即占用RBi的CU的满意度和所有复用RBi的DU的满意度之和；而Uij’是指接入RBi的DUdj换成dj’之后RBi的效用；同理，效用是指对于DUdj’接入之后和其未接入相比，RBi的满意度增量；步骤2‑4、每个资源块RBi根据自己的偏好列表，同意最偏好的DU建立交换对的请求，拒绝其他的DU；步骤3、更新匹配状态，同时更新与每个资源块匹配的DU个数；步骤4、重复所述第二部分的步骤2，直到无法建立交换对为止；在所述第二部分的所述步骤2的步骤2‑2中，所述的DUdj用户能够建立交换对必须满足如下条件：1)建立交换对之后，任何DU和资源块的效用和建立之前相比不会降低；2)建立交换对之后，有至少一个DU或者资源块RB的效用和之前相比有所增加。