CN103828426A - 用于确定针对移动台的反馈传输资源的方法和设备以及用于为此提供信息的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于基于博弈论来移动台反馈传输资源的方法和设备，以及一种用于在移动台处提供用于移动台反馈传输资源的信息的方法和设备。根据所述确定反馈传输资源的方法，在反馈传输资源约束下，优化在针对反馈传输资源的任何价格因子处的、针对每个移动台中每一个的博弈效用，并且该方法可以包括：搜索最佳价格因子，在该最佳价格因子处针对所述移动台中每一个的所述博弈效用具有最大值；以及将与所述最佳价格因子对应的反馈传输资源的值确定为针对所述移动台中每一个的反馈传输资源。利用本发明的实施方式，每个移动台可以以分布式方式将其性能最大化，并且与集中式机制方案的性能相比有可能产生近最优的性能，并由此改善无线数据网络的总吞吐量。

Description

用于确定针对移动台的反馈传输资源的方法和设备以及用于为此提供信息的方法和设备

技术领域

本发明的实施方式总体上涉及无线网络技术领域，以及更具体地涉及一种用于基于博弈论确定针对移动台的反馈传输资源的方法和设备，以及一种用于在移动台处提供用于确定针对移动台的反馈传输资源的信息的方法和设备。

背景技术

已经达成共识的是，信道状态信息(CSI)对于闭环无线网络的下行链路传输而言是非常重要的。CSI可以通过反馈信道被发送至发射器侧，而这可能影响闭环容量增益。在知晓关于无线信道状况的情况下，发射器可以通过使用各种信道自适应技术来适应于传播状况。特别是在多个移动台(MS)场景中，在知晓去往附近共信道MS的信道的情况下，可以主动地抑制去往受干扰用户的信号并使得有效信号功率最大化。在此情况下，基站(BS)可以通过反馈信道从MS获取所需的信道系数，并且继而利用诸如多天线预编码的机制来缓解干扰的影响，以及利用空间维度来增大无线网络的容量。

然而，反馈信道具有的容量有限，并且由此非常重要的是研究如何根据个体需求来控制反馈开销的量以便改善服务质量(QoS)和在MS间保持公平性。针对上述问题已经开展了很多研究，但是CSI的理想反馈典型地是难以获得的，这要归因于复杂性或者实用性约束，由此在现实中难以实现CSI的无限反馈。另外，在现有无线网络中，典型的情况是单独处理每个MS，并且在物理层中，例如从通信理论或信息理论的观点来研究多MS CSI问题，这意味着MS之间的交互未被纳入考虑。因此，在现有技术中，不能有效地对无线系统中自私的移动用户之间的交互进行建模。而且，在反馈信道有限的情况下，在各个MS之间的有效CSI反馈速率(rate)中将会存在冲突，也就是说，如果一个MS传输太多CSI，这将会导致其他MS的CSI反馈量降低，并且由此将会损害其他MS的性能。

因此，在本领域中期望的是找到能解决竞争问题并且在多MS反馈场景中实现平衡以及进一步地实现更好QoS的方案。

发明内容

鉴于前文所述，本发明提供了一种新的针对移动台的反馈传输资源控制方案，以便解决或者至少部分缓解现有技术中的至少部分问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于基于博弈论确定针对移动台的反馈传输资源的方法，其中在反馈传输资源约束下，以分布式方式优化在针对反馈传输资源的任何价格因子处、针对移动台中每一个的博弈效用。该方法可以包括：搜索最佳价格因子，在该最佳价格因子处，针对移动台中每一个的博弈效用在该处具有最大值，以及将对应于最佳价格因子的反馈传输资源的值确定为针对移动台中每一个的反馈传输资源。

在本发明的一个实施方式中，搜索最佳价格因子可以包括：重复执行下述操作直至找到所述最佳价格因子：向移动台发送针对反馈传输资源的价格因子；接收针对移动台中至少一个的、在所述价格因子处的博弈效用；以及如果在所述价格因子处的博弈效用是最大值，则将该价格因子确定为最佳价格因子，或者如果在所述价格因子处的博弈效用不是最大值，则调整所述价格因子。

在本发明的另一实施方式中，调整所述价格因子可以包括将价格因子增大一固定量。

在本发明的另一实施方式中，所述价格因子可以具有为零的初始值。

在本发明的又一实施方式中，针对移动台的、在价格因子处的博弈效用可以是移动台通过使用所述反馈传输资源而获得的性能增益减去在该价格因子处为此而支付的成本。

在本发明的又一实施方式中，获取的所述性能增益可以基于所述移动台使用的反馈传输资源和其他移动台的历史确定的反馈传输资源来确定。

在本发明的又一实施方式中，支付的成本是所述移动台使用的反馈传输资源的线性函数。

在本发明的另一实施方式中，如果在所述价格因子处的博弈效用大于随后增大的价格因子处的博弈效用，则可以确定在所述价格因子处的博弈效用是最大值。

在本发明的另一实施方式中，该方法可以进一步包括：从各个移动台接收与所述价格因子对应的反馈传输资源的值；以及向移动台中每一个发送接收的所述反馈传输资源的值。

在本发明的另一实施方式中，所述反馈传输资源可以包括反馈速率和反馈带宽的任何一个。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于在移动台处提供用于确定反馈传输资源的信息的方法。该方法可以包括：接收针对反馈传输资源的价格因子；确定针对移动台的在所述价格因子处的博弈效用，以使得所述博弈效用在反馈传输资源约束下以分布式方式而被优化；以及向基站发送所确定的、针对所述移动台的、在所述价格因子处的博弈效用，以便在确定反馈传输资源时使用。

在本发明的一个实施方式中，针对所述移动台的、在所述价格因子处的博弈效用是所述移动台通过使用所述反馈传输资源而获得的性能增益减去在价格因子处为此而支付的成本。

在本发明的另一实施方式中，支付的所述成本是所述移动台使用的反馈传输资源的线性函数。

在本发明的另一实施方式中，该方法可以进一步包括：接收其他移动台的历史传输资源的值，其中获得的所述性能增益基于所述移动台使用的所述反馈传输资源和所接收的其他移动台的历史传输资源的值确定；向基站或其他移动台发送与确定的所述博弈效用对应的所述反馈传输资源的值。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于基于博弈论确定针对移动台的反馈传输资源的设备，其中在反馈传输资源约束下以分布式方式优化在针对反馈传输资源的任何价格因子处、针对移动台中每一个的博弈效用。该设备可以包括：最佳因子搜索单元，用于搜索最佳价格因子，在所述最佳价格因子处，针对移动台中每一个的博弈效用在该处具有最大值；以及资源值确定单元，用于将与所述最佳价格因子对应的反馈传输资源的值确定为针对移动台中每一个的反馈传输资源。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于在移动台处提供用以确定反馈传输资源的信息的设备。该设备可以包括价格因子接收单元，用于接收针对反馈传输资源的价格因子；博弈效用确定单元，用于确定针对移动台的、在所述价格因子处的博弈效用，以使得所述博弈效用在反馈传输资源约束下以分布式方式被优化；以及博弈效用发送单元，用于向基站发送所确定的针对移动台的、在所述价格因子处的博弈效用，以便在确定反馈传输资源时使用。

利用本发明的实施方式，每个移动台都以分布式方式将其性能最大化，并且可以找到最佳价格因子(price factor)以便实现纳什均衡，因此，与集中式方案的性能相比，可以得到近最优的性能，并且由此可以改善无线数据网络的总吞吐量。

附图说明

本发明的上述和其他特征将通过针对参考附图在实施方式中示出的实施方式的具体描述而变得显然，贯穿附图相同的附图标记代表相同或类似的组件，其中：

图1示意性地示出了可以在其中实现本发明实施方式的系统的图示；

图2示意性地示出了根据本发明一个实施方式的、用于基于博弈论来确定针对移动台的反馈传输资源的方法流程图；

图3示意性地示出了根据本发明一个实施方式的、用于搜索最佳价格因子的示例性方法的流程图；

图4示意性地示出了根据本发明一个实施方式的、用于在移动台处提供用于确定针对移动台的反馈传输资源的信息的方法流程图；

图5A-5H示出了本申请实施方式的仿真结果的图示；

图6A示出了根据本发明一个实施方式的、用于基于博弈论来确定针对移动台的反馈传输资源的设备框图；

图6B示出了根据本发明一个实施方式的、用于搜索最佳价格因子的最佳因子搜索单元的框图；

图6C示出了根据本发明另一实施方式的、用于基于博弈论来确定针对移动台的反馈传输资源的设备框图；以及

图7示出了根据本发明一个实施方式的、用于在移动台处提供用于确定针对移动台的反馈传输资源的信息的设备的框图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图、通过实施方式来详细描述用于基于博弈论确定针对移动台的反馈传输资源的方法和设备以及用于在移动台处提供用于确定针对移动台的反馈传输资源的信息的方法和设备。应当理解，给出这些实施方式仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解和实现本发明，而并非意在以任何方式限制本发明的范围。

首先应当注意，本发明是以用于执行上述方法步骤的特定顺序而示出的。然而，这些方法并非必须严格根据所示出的顺序来执行，这些方法而是可以基于相应方法步骤的性质，按照相反顺序或同时执行。同时，此处使用的不定冠词“一/一个”不会排除多个步骤、单元、设备和对象。

附加地，在本发明中，[·]^T代表矩阵或矢量的转置；[·]^H代表矩阵或矢量的共轭转置；[·]^*代表矩阵或矢量的共轭；||x||²代表X^HX；以及Var[x]代表x的方差。

在具体描述本发明的实施方式之前，首先参考图1来描述可以在其中实施本发明的系统架构或系统模型。如图1所示，在该系统中，多个共信道MS由一个BS服务。假设BS知道MS所执行的线性处理，并且因而BS可以通过反馈信道从MS获得所需的CSI。通过在蜂窝系统的BS处使用多个天线，可以针对去往若干共信道移动用户的同时传输执行传输预编码。预编码器是在假设的静止场景中设计的，其中在该场景中，快速(瑞利)衰落由预编码器的二阶特性描述。附加地，还假设窄带信号不具有时间弥散(anytimedispersion)，即信道衰落是频率平坦的。在下文中，出于简化目的，还假设该系统配备有单个接收天线，但是应当理解，本发明不受此限。

所示系统在FDD模型中工作，其中BS具有在同一频带中同时服务于Ns个MS的N_t个发射天线，而每个MS通过不同信道反馈回CSI，以便通过避免碰撞来更好地保护控制信息。

对于第k个MS，在从BS处的N_t个发射天线发射输入信号之前，首先利用复合权重W_k＝∈C^Nt×1对输入信号x_k进行预编码。预编码之后的对应输出可以写为：

S_k＝W_kx_k；           (1)

其中s_k∈C^Nt×1。因此，在第k个MS处接收的信号y_k继而可以表示为

$\left\{\begin{array}{c}{y}_k={h_k}^T\underset{i=1}{\overset{\mathrm{Ns}}{\mathrm{\Σ}}}{s}_i+n_k\\ ={h_k}^T\underset{i=1}{\overset{\mathrm{Ns}}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{x}_i+n_k\\ ={h_k}^T{w}_k{x}_k+{h_k}^T\underset{i=1,i\≠k}{\overset{\mathrm{Ns}}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{x}_i+n_k\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，h_k＝[h_1，k，...，h_Nt，k]^T∈C^Nt×1代表从BS到第k个MS的信道系数，所述信道系数具有0均值和单位方差；n_k是AWGN噪声CN(0，N₀；)；是期望信号；以及

可被视为干扰。应当注意，可以通过将共信道干扰和符号间干扰这二者纳入考虑而将该模型容易地扩展至频率选择信道。

在研究前述系统和可以解决或至少部分缓解此系统中至少部分问题的方案时，本发明人想到了博弈论。博弈论是一种用于分析其中一个人的成功取决于其他人的选择的计算环境(博弈)的数学方法。这种理论提供了数学工具的集合来研究在互相依赖的理性玩家之间的复杂交互以及预测他们的策略选择。在本发明中，本发明人基于微观经济学模型提供了一种针对无线系统中反馈传输资源控制的方案。在此模型中，每个MS的偏好由博弈效用函数(game utilityfunction)代表，其描述用户因使用系统资源获得的满意水平。博弈中的每个MS(或称为玩家)将以分布方式使效用函数最大化。该博弈稳定在纳什平衡处，如果该平衡存在的话。由于用户自私地表现，从社交观点看来、平衡点并不一定是最佳操作。因此，本发明人进一步引入了定价(pricing)，以在各个MS之间创建合作，从而改善效率。博弈中每个MS试图最大化的效用函数被定义为由CSI反馈而获得的性能增益减去移动台为此支付的成本(其优选地是移动台使用的CSI反馈传输资源的线性函数)。

接着，将参考图2来详细描述了在本发明中提供的、用于确定反馈传输资源的方法。图2示意性地示出了根据本发明一个实施方式的、基于博弈论来确定针对移动台的反馈传输资源的方法的流程图。

如图2所示，首先在步骤S201，BS将搜索最佳价格因子，在该最佳价格因子处，针对移动台中每一个的博弈效用具有最大值。在博弈中，每个移动台将在反馈传输资源的限制下、以分布式方式优化/最大化其各自在任何价格因子处的博弈效用。

如上文所述，在本发明的实施方式中，引入了定价机制，并且将博弈效用函数定义为通过CSI反馈传输资源而获得的性能增益减去为此支付的成本。特别地，引入了针对反馈传输资源的价格因子，以便确定移动台针对反馈传输资源(诸如，反馈速率、反馈带宽等)而支付的成本。

在本发明的实施方式中，移动台获得的性能增益是基于移动台使用的传输资源和其他移动台的历史传输资源确定的。也就是说，每个移动台不知道在当前价格因子下其他移动台的选择，但是可以知道其他移动台的历史传输资源，并且由此针对移动台的性能增益不仅依赖于移动台所使用的传输资源，而且依赖于其他移动台历史确定的传输资源。另外，移动台支付的成本可以是所使用反馈传输资源的线性函数，例如p_k(r_k)＝αr_k，其中pk代表第k个移动台支付的成本，r_k代表第k个移动台使用的反馈传输资源，以及α代表针对每个单位反馈传输资源的价格因子。

已经研究发现，在所提议的博弈中，存在纳什均衡，即，在该处，没有玩家能够通过仅改变自己的策略而改进其自己的效用。通过搜索最佳价格因子，在该最佳价格因子处，针对移动台中每一个的博弈效用具有最大值，可以找到该博弈的纳什均衡点。在下文，将参考图3，来描述根据本发明一个实施方式的、关于如何查找最佳价格因子的示例性方法。

如图3所示，首先在步骤S301，BS将通过诸如PDCCH等的控制信道向移动台发送针对反馈传输资源的价格因子。在价格因子被发送至移动台之后，移动台中的每一个将在如下条件下确定反馈传输资源的值：即在反馈传输资源约束下，针对移动台的、在该价格因子处的博弈效用最大化。该过程是一个优化过程，在该过程期间，将确定最大博弈效用和反馈传输资源的对应值。关于确定反馈传输资源值的细节将在下文参考例如在图4中示出的移动台的操作进行详细描述，出于简化的目的不会在此处赘述。

继而，在步骤S302，BS将从各个移动台接收在该价格因子处的博弈效用。由于事实上已经证明在该最佳价格因子处针对移动台中每一个的博弈效用将具有最大值，因此从移动台中至少一个接收价格因子处的博弈效用已经足够了。

此后，在步骤S303，可以确定在价格因子处的博弈效用是否是最大值。已经证实的是，博弈效用将在达到所提出博弈的纳什均衡处具有最大值。如果在价格因子处的博弈效用是博弈效用函数的最大值，则价格因子将是上文所述的最佳价格因子，并且由此可以将该价格因子确定为最佳价格因子(步骤S304)，且该过程结束。另一方面，如果价格因子处的博弈效用不是最大值，则应当在步骤S305调整该价格因子，并且该过程返回到步骤S301以继续搜索过程。

因此，实际上，搜索过程是用于通过调整价格因子而搜索博弈效用函数最大值的过程，并且其可以由各种适当方式实现。出于说明目的，给出了示例性实施方式以解释该搜索过程。

在示例性实施方式中，发送至移动台的价格因子是单位反馈传输资源的价格因子，其将在每次例如增大固定量Δα。然而，本领域技术人员可以理解，该价格因子也可以以任何其他方式增大而不是常数值，或者甚至可以以任何适当方式减小。本实施方式中的值Δα可以适当选择，一般而言，小的Δα将具有高的准确度，但是会带来大量的计算，这将需要更多的系统资源；而大的Δα将对找到的纳什均衡点的准确度造成负面影响，不过却需要较少的计算量。价格因子可以具有例如为零的初始值(即，发送至移动台的第一个值)，但是本领域技术人员可以理解，除了0之外的任何其他初始值也是可行的。在这种情况下，如果该价格因子处的博弈效用大于后来增大的价格因子处的博弈效用，则确定该价格因子处的博弈效用是最大值。然而，应当注意，本发明不限于此，而是也可以使用可以应用于查找函数最大值的任何其他方式。

返回参考图2，随后，在步骤S202，BS将与最佳价格因子对应的反馈传输资源的值确定为针对移动台的每一个的反馈传输资源。

与最佳价格因子对应的反馈传输资源的值就是在该处实现纳什均衡的反馈传输资源值。如果每个移动台都使用在该处实现纳什均衡的反馈传输资源来传输反馈信息，则每个移动台将获得较好的性能。

在此步骤中，BS可以通过向每个移动台通知最佳价格因子来向每个移动台通知反馈传输资源的确定值，并且在这种情况下，每个移动台将搜索与最佳价格因子对应的反馈传输资源的值。备选地，在移动台向BS发送他们各自在对应价格因子处的反馈传输资源值的情况下，BS可以直接经由单播或广播消息向移动台传输与最佳价格因子对应的反馈传输资源的值，以向其通知确定的反馈传输资源值。

在本发明的另一实施方式中，该方法进一步从相应的移动台接收与价格因子对应的反馈传输资源的值，并且向移动台的每一个发送接收的反馈传输资源的值。如上文所述，每个移动台将不仅基于该移动台使用的传输资源而且基于其他移动台的历史确定的传输资源来确定该价格因子处的博弈效用。历史确定的传输资源可以是针对之前价格因子确定的传输资源值。附加地，在价格因子处确定博弈效用的过程是针对优化问题的求解过程，当该问题得以求解时，也就确定了优化的博弈效用和传输资源值。因此，每个移动台可以向BS发送其确定的传输资源值例如连同博弈效用，以使得该BS可以从所有移动台收集反馈传输资源的值。继而，收集的反馈传输资源值可以发送至每个移动台，以便确定新的价格因子处的博弈效用。然而，移动台也可以直接向其他移动台传输其确定的传输资源值。

通过上述过程，BS可以确定针对移动台的最优反馈传输资源值，并且向这些移动台通知最终确定的他们各自的反馈传输资源值。通过使用确定的反馈传输资源值来传输反馈信息，可以实现近最优的性能，并且改善无线数据网络的总吞吐量。

在下文中，将进一步参考图4来描述了根据本发明一个实施方式的、用于在移动台处提供用于确定针对移动台的反馈传输资源的方法。

如图4所示，首先在步骤S401，移动台将接收从BS发射的针对反馈传输资源的价格因子。

在接收了该价格因子之后，移动台将在步骤S402确定在该价格因子处的博弈效用，以使得该博弈效用在反馈传输资源的约束下得到优化。

正如已经知晓的那样，博弈效用是微观经济学中惯常使用的概念，并且代表决策者接收其动作的结果的满意度水平。在本发明中，针对第k个移动台的、在价格因子处的博弈效用可以定义为该移动台通过使用反馈传输资源而得到的性能增益减去在该价格因子处为此支付的成本，这例如可以用下述等式表示：

u_k(r_k，r_-k)＝C_k(γ_k)-p_k(r_k)          (3)

其中u_k代表反馈速率为r_k情况下的博弈效用值，C_k(γ_k)代表通过以反馈速率r_k发射反馈信息的性能增益(特别是吞吐量)，γ_k代表第k个MS的SINR，以及p_k(r_k)代表该价格因子处针对该反馈速率所支付的成本。特别地，该价格因子处针对反馈速率所支付的成本可以是反馈传输资源的线性函数，即，p_k(r_k)＝αr_k，其中α是移动台在步骤401处接收的单位反馈传输资源(例如，传输带宽)的价格因子。

基于上述博弈效用函数，所提议的博弈，即，利用价格的非合作反馈控制博弈(NFCP)，例如可以建模如下：

$\left(\mathrm{NFCP}\right)\underset{r_k\∈R_k}{\max }{u}_k^p(r_k,r_{-k})=\underset{r_k\∈R_k}{\max }(C_k\left({\mathrm{\γ}}_k\right)-\mathrm{\α}{r}_k),\∀k\∈N---\left(4\right)$

即，针对给定价格因子，每个移动台将在反馈资源约束下选择r_k，使得博弈效用最大化。附加地，应当注意，当α＝0时，与NFCP博弈相比，所提议的博弈可以等同于未将定价纳入考虑的非合作反馈控制博弈(NFC)。

实际上，在上述等式(4)中，吞吐量C_k(γ_k)的计算在业界是公知的，但是出于说明和完整的目的，将在下文描述Ck(γ_k)的计算示例。

首先，已经知道的是吞吐量C_k(γ_k)可以表示如下：

C_k(γ_k)＝B_DLlog₂(1+γ_k(r_k，r_-k))         (5)

其中，B_DL是下行链路带宽；γ_k(r_k，r_-k)是在第k个移动台选择的反馈资源水平r_k以及除了第k个移动台之外的其他用户的反馈资源水平选择r_-k处、第k个移动台的信干噪比(SINR)。如上文所述，其他移动台的反馈资源水平选择r_-k可以是历史反馈传输资源值。此外，如上文所述，在第k个MS处接收的信号y_k可以由等式(2)表示，并且因此，第k个移动台的SINRγ_k可以如下表示：

${\mathrm{\γ}}_k=\frac{{\left|h_k^T{w}_k\right|}^2}{{\left|h_k^T\underset{i=1,i\≠k}{\overset{N_s}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i\right|}^2+N_0}---\left(6\right)$

因此，为了确定SINRγ_k，需要知道h_k和w_k，出于说明的目的这将在下文进行描述。

在闭环无线通信系统中，MS向BS回馈经量化的CSI矩阵，以便执行发射预编码。出于简化和不失一般性的目的，不考虑路径损耗。因此，此处，将通过按照反馈速率和失真对真实信道矩阵进行变换来使用等价的量化反馈信道。通过CSI量化，针对第k个MS的真实信道输出(由h_k∈C^Nt×1表示)可以例如建模为

$h_k={\stackrel{\‾}{h}}_k+n_s---\left(7\right)$

其中，

代表均值为0且方差为1-D_k的量化反馈信道输出；

是独立加性噪声矩阵，每个条目对应于i.i.d高斯变量，其分布为CN(0，D_k；)和D_k代表信道量化失真约束。反馈信息的质量可以利用源h_k距量化

的失真来测量。失真D_k可以定义为：

$D_k={\left|\right|h_k-{\stackrel{\‾}{h}}_k\left|\right|}^2---\left(8\right)$

对于给定的失真率D_k，量化的CSI可以例如建模如下：

${\stackrel{\‾}{h}}_k=\mathrm{\μ}{h}_k+\mathrm{\υ}{n}_q---\left(9\right)$

其中参数μ和υ是D_k的函数，以及n_q∈C^Nt×1的元素是i.i.d.高斯变量，其分布为CN(0，1)。通过信道量化，参数μ可以简单地由下述线性函数表示：

μ＝x+yD_k         (10)

此外，已知的是，真实信道输出h_k及其对应的量化信道满足下述线性极值条件：

当不存在量化误差时，即υ＝D_k＝0，可以得到μ²＝x²＝1。

当量化完全不准确时，即μ＝0以及D_k＝1，可以得到

μ²＝(x+y)²＝0。

所以，将具有下述关系：

μ＝1-D_k         (11)

由于h_k和n_q是彼此独立的，由此具有下述等式：

$\begin{array}{c}\mathrm{Var}\left[{\stackrel{\‾}{h}}_k\right]=\mathrm{Var}[\mathrm{\μ}{h}_k+\mathrm{\υ}{n}_q]=\mathrm{Var}\left[\mathrm{\μ}{h}_k\right]-\mathrm{Var}\left[\mathrm{\υ}{n}_q\right]\\ =>1-D_k={\mathrm{\μ}}^2+{\mathrm{\υ}}^2\\ =>\mathrm{\υ}=\sqrt{D_k-(1-D_k)}\end{array}---\left(12\right)$

基于连续幅度源的香农(Shannon)速率失真理论，0均值和单位方差复合高斯源的率失真函数可以由下述等式给出：

$r_k={\log }_2\left(\frac{1}{D_k}\right)---\left(13\right)$

其中r_k代表第k个移动台的反馈速率。通过将等式(13)代入等式(9)，经量化的CSI矩阵可以表示为反馈速率r_k的函数：

${\stackrel{\‾}{h}}_k=(1-2^{-r_k})h_k+\sqrt{2^{-r_k}(1-2^{-r_k})}{n}_q---\left(14\right)$

在归一化后，上述等式将变为

${\stackrel{\‾}{h}}_k=\sqrt{(1-2^{-r_k})}{h}_k+\sqrt{2^{-r_k}}{n}_q---\left(15\right)$

其可以用于在BS侧执行预编码。

另外，出于简化和不失一般性的目的，可以仅考虑次最优的基于MMSE的预编码器设计，但是应当注意，任何其他适当的预编码方式也可以容易地应用至本发明。所接收的信号可以以矩阵形式写作

y＝HWx+n，             (16)

其中y＝[y₁，...y_Ns]^T∈C^Ns×1代表接收的信号，H＝[h₁，...h_Ns]^T∈C^Ns×Nt且代表真实信道输入，W＝[w₁，...w_Ns]∈C^Nt×Nt且代表预编码器，以及n＝[n₁，...，n_Ns]^T∈C^Ns×1且代表噪声。

针对最优线性预编码器的一般形式可以表示为

$W=K{\stackrel{\‾}{H}}^H{(\stackrel{\‾}{H}{\stackrel{\‾}{H}}^H+\mathrm{\ψI})}^{-1}---\left(17\right)$

其中K和ψ是针对最优线性预编码器的两个自由缩放参数，

且代表总量化反馈信道输出。K是用来遵循单位发射功率约束(在数据符号上取平均)的归一化常数，并且可以表示为

$K={\left|\right|{\stackrel{\‾}{H}}^H{(\stackrel{\‾}{H}{\stackrel{\‾}{H}}^H+\mathrm{\ψI})}^{-1}\left|\right|}^{-I}---\left(18\right)$

参数ψ典型地是正则化参数，其可以表示为下述形式

ψ＝SINR^-1          (19)

通过设置ψ＝0，等式(17)可以最为简化且最常见的迫零(信道求逆)预编码器如下：

$W=K{\stackrel{\‾}{H}}^H{\left(\stackrel{\‾}{H}{\stackrel{\‾}{H}}^H\right)}^{-1}---\left(20\right)$

其中

其元素对应于等式(15)中给出的

由此，基于上述等式(20)中给出的h_k和W，可以确定γ_k和C_k(γ_k)，并且继而可以确定在发送的价格因子处的博弈效用。

接着，返回参考图4，在步骤S403，移动台向基站发送所确定的针对该移动台、在价格因子处的博弈效用，以便在确定反馈传输资源时使用。BS将确定是否所确定的在该价格因子处的博弈效用将会使得该博弈达到纳什均衡。如果达到纳什均衡，则BS将向移动台通知该最佳价格因子或对应的反馈传输资源值，否则，BS将向移动台发送已调整的新的价格因子，并且该移动台将重复步骤S401-S403中的操作。

此外，在下文中，仅出于示意目的，提供了针对移动台和BS二者的特定算法。然而，应当注意，针对MS和BS二者给出的特定算法也是示意的，并且本领域技术人员将会理解，可以采用任何其他适当特定算法。

针对第k个MS的NFCP算法

1.在时间t＝0设置初始CSI矢量，r(0)＝r₀，

2.对于所有j，使得τ_j∈T

给定T_-k(c)，计算：

$r_k\left({\mathrm{\τ}}_j\right)=\arg \underset{r_k\∈R_k}{\max }{u}_k^p(r_k,r_{-k\left({\mathrm{\τ}}_{j-1}\right)})$

针对BS的NFCP算法

1.设置α＝0，以及向所有MS通知α＝0；

2.从移动台得到u_k；增加α：＝α+Δα，以及继而向所有MS通告；

3.如果针对所有MS，u_k ^α＜u_k ^α+Δα，则转到步骤2，否则停止并声明α_best＝α。

在下文中，将参考图5A-5H来描述本发明的仿真结果，其中图5A-5D以及图5E-5H分别示出了针对FDMA和CSMA的仿真结果。应当注意，所有仿真是在利用等式(18)中MMSE预编码器的瑞利衰落信道上执行的，并且出于简化目的，假设发射功率和噪声方差均归一化为单位值。附加地，在仿真中，将FDMA和CSMA系统作为为两个简单示例进行研究。然而，本领域技术人员可以理解，本发明中提议的方案可以容易地应用于任何其他多个协议。

首先参考图5A，该图5通过固定其他MS在FDMA信道上的反馈速率、按照MS1的CSI反馈速率示出了MS1的效用函数，其中移动台的数量是2，以及r₂＝1，3和10。如图5A所示，对于FDMA系统，当其他用户的反馈速率固定时，目标MS将首先随着其CSI反馈速率r₁的增大而经历吞吐量增大，并且继而针对充分大的r₁值，MS的博弈效用将开始减小。

然后参考图5B，图5B示出了所提议博弈在FDMA信道上的性能，其中移动台的数量是10，B＝20，以及β＝0.01。仿真结果通过使针对上文给定的第k个MS的NFCP算法在α的每个值处达到纳什均衡而构建。如果所有移动用户接收到比根据针对BS的NFCP算法的之前均衡效用更差的总效用的话，则找到最佳价格因子。还可以从附图中观察到，当定价因子增加时，总效用和总和率首先增加，如小窗所示，继而随后开始降低。其示出了α＝α_BEST＝0∶025的NFCP的方案相对于当α＝0时的NFC(其中未涉及的定价因子)在总效用上提供了明显的改进。在高定价因子处，可以看到和效用以及和速率都收敛至常数值。这是因为系统停止要求用户反馈CSI，因为其成本过大。

图5C示出了NFCP在正交反馈信道上与现有技术中的集中式方案的性能比较的图示，其中移动台的数量是10，B＝20，以及β＝0.01。根据比较可见，如果α在适当区域中的话，本发明提议的分布式解决方案与现有技术中的集中式解决方案渐进趋同，然而当α过大时，MS将不愿意反馈，并且当α过小时，MS将以非有效方式反馈。

图5D按照定价因子示出了在正交反馈信道上上行链路频带占用率，其中移动台的数量是10，B＝20，以及β＝0.01。从图5D可见，总和反馈速率和个体反馈速率按照定价因子的变化，其中

从该附图可见，当α＝0时，需要最大量的反馈，但是随着价格的增大，反馈速率开始减小直至0，这使得吞吐量降至最小值。

接着，参考图5E-5H，其描述了针对CSMA系统的仿真结果。为了简化，此处考虑通过设置p＝1(即，1-持续CSMA)得到的时槽式(slotted)1-持续CSMA的特殊情况。在图5E中，其示出了针对业务负荷的总吞吐量。这指示了存在与最大吞吐量对应的最优传输率。在图5F中，其按照r₁示出了CSMA反馈信道上的MS1效用，其中MS的数量是2，以及r₂＝1，3，10。从图5F可见，每个MS的效用函数就反馈速率而言具有最大点，这再次证实了本发明中所提议解决方案的有效性。在图5G中，其示出了本发明所提议解决方案在CSMA反馈信道上的性能，其中MS的数量是10，以及B＝20。图5G指示了本发明中所提议的解决方案提供了比不考虑定价的博弈好得多的结果。图5H示出了本发明提议的解决方案与集中式机制在CSMA反馈信道上的性能比较，其中MS的数量为10，以及B＝20。从仿真结果可见，分布式解决方案和集中式解决方案在α调整至最优工作点时基本上是一样的。

因此，根据本发明的实施方式，MS将基于博弈论确定在价格因子处的博弈效用，并向BS传输，以及BS将基于博弈效用来搜索最佳价格因子，以及将与最佳价格因子对应的反馈传输资源值确定为分配为每个移动台分配的反馈传输资源。因此，在本发明中，每个移动台可以以分布方式将其性能最大化，并且BS将选择可以达到纳什均衡的最佳价格因子，使得与现有技术中集中式机制的性能相比，可以产生近最优的性能，以及改善无线数据网络的总吞吐量。

附加地，本发明还提供了用于基于博弈论确定针对移动台的反馈传输资源的设备，以及用于在移动台处提供用于确定反馈传输资源的信息的设备。在下文中，将参考图6A-6C和图7来描述这些设备。

如图6A所示，设备600可以包括最佳因子搜索单元601和资源值确定单元602。最佳因子搜索单元601可以被配置用于搜索最佳价格因子，在该最佳价格因子处针对每个移动台的博弈效用具有最大值。资源值确定单元602可以被配置用于将与最佳价格因子对应的反馈传输资源的值确定为针对每个移动台的反馈传输资源。

附加地，如图6B所示，最佳因子搜索单元601可以包括价格因子发送单元6011，用于向移动台发送针对反馈传输资源的价格因子；博弈效用接收单元6012，用于接收针对至少一个移动台的、在价格因子处的博弈效用；最佳价格因子确定单元6013，用于如果在该价格因子处的博弈效用是最大值，将该价格因子确定为最佳价格因子；以及价格因子调整单元6014，用于如果在该价格因子处的博弈效用不是最大值，调整所述价格因子。

在本发明的实施方式中，价格因子调整单元6014可以被配置用于将价格因子增加一固定量。在本发明另一实施方式中，所述价格因子可以具有为零的初始值。

在本发明的另一实施方式中，针对移动台的、在价格因子处的博弈效用可以移动台通过使用反馈传输资源所获得的性能增益减去在该价格因子处对此而支付的成本。

在本发明的又一实施方式中，获得的所述性能增益可以基于移动台使用的反馈传输资源和其他移动台的历史确定的反馈传输资源确定。

在本发明的又一实施方式中，支付的所述成本是移动台使用的反馈传输资源的线性函数。

在本发明的另一实施方式中，所述最佳价格因子确定单元602被配置用于如果在该价格因子处的博弈效用大于随后增大的价格因子处的博弈效用，则确定在该价格因子处的博弈效用为最大值。

此外，如图6C所示，设备600可以进一步包括资源值接收单元603，用于从各个移动台接收与该价格因子对应的反馈传输资源的值；以及资源值发送单元604，用于向每个移动台发送所接收的反馈传输资源的值。

在本发明的另一实施方式中，反馈传输资源可以包括反馈速率和反馈带宽的任何一个。

参考图7，其示出了根据本发明一个实施方式的在本发明中提供的设备700。如图7所示，设备700可以包括价格因子接收单元701，博弈效用确定单元702和博弈效用发送单元703。价格因子接收单元701可以被配置用于接收针对反馈传输源的价格因子。博弈效用确定单元702可以被配置用于确定在该价格因子处、针对该移动台的博弈效用，以使得在反馈传输资源的约束下、以分布式方式优化该博弈效用。博弈效用发送单元703可以被配置用于向移动台发送在该价格因子处的确定的博弈效用，以便在确定反馈传输资源时使用。

在本发明的实施方式中，针对移动台、在该价格因子处的博弈效用是移动台通过使用反馈传输资源而获得的性能增益减去在该价格因子处为此而支付的成本。

在本发明的另一实施方式中，支付的所述成本可以是移动台使用的反馈传输资源的线性函数。

附加地，如图7所示，在本发明的另一实施方式中，设备700可以进一步包括历史值接收单元704和资源值发送单元705。历史值接收单元704可以被配置用于接收其他移动台的历史传输资源的值，其中获得的所述性能增益是基于移动台使用的反馈传输资源和其他移动台的历史传输资源的接收值确定的。资源值发送单元705可以被配置用于向移动台或其他移动台发送与确定的博弈效用对应的反馈传输资源的值。

此外，应当注意，包括在设备600和设备700中各个单元的操作基本上对应于之前描述的各个方法步骤中的操作。因此，关于设备600和700中各个单元的详细操作，请参见前面参考图2-5H对本发明方法的描述。

此外，本发明主要参考诸如反馈速率的反馈传输资源进行了描述，但是本发明不限于此。实际上，本领域技术人员可以理解，对于诸如反馈带宽等的其他传输资源，这也是成立的。

在本发明的实施方式中，通过将价格因子增加固定量作为示例进行了描述，但是实际上，价格因子也可以以任何其他适当方式调整。在这种情况中，本领域技术人员将基于在本申请中提供的教导和其所掌握的知识来修改对应的最佳因子搜索过程。

而且，在本发明的实施方式描述中，针对CSI描述了反馈信息，但是本发明不限于此。本发明也可以用来确定针对任何其他反馈信息(诸如ICI、CQI、ACK/NACK)的反馈传输资源。而且，本发明也可以应用于诸如自组网的任何其他类型网络。

至此，已经参考附图、通过特定优选实施方式描述了本发明。然而，应当注意，本发明不限于所示出和提供的特定实施方式，而是可以在本发明的范围内作出各种改变。

此外，本发明的实施方式可以以软件、硬件或其组合实现。硬件部分可以由专用逻辑实现；软件部分可以存储在存储器中、由适当的指令执行系统(诸如，微处理器或专门设计的硬件)执行。本领域技术人员可以理解，上述方法和系统可以利用包含在处理器中的计算机可执行指令和/或控制代码实现，例如，这种代码提供在承载介质(诸如，磁盘、CD或DVD-ROM)上，可编程存储器(诸如，只读存储器(固件))上或数据承载(诸如，光或电信号承载)上。本发明实施方式中的设备及其部件可以由硬件电路实现，诸如，超大型集成电路或门阵列，诸如逻辑芯片或晶体管的半导体，或诸如现场可编程门阵列的可编程硬件设备，或可编程逻辑设备，或者由各种类型的处理器执行的软件来实现，或者由上述硬件电路和软件(例如，固件)的组合来实现。

尽管参考当前考虑的实施方式描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于公开的实施方式。相反，本发明意在涵盖落入所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。所附权利要求书的范围符合最宽泛的解释，并且覆盖所有这些修改和等同结构及功能。

Claims (28)

1.一种用于基于博弈论确定针对移动台的反馈传输资源的方法，其中在所述反馈传输资源约束下，以分布式方式优化在针对所述反馈传输资源的任何价格因子处的、针对所述移动台中每一个的博弈效用，所述方法包括：

搜索最佳价格因子，在所述最佳价格因子处针对所述移动台中每一个的所述博弈效用具有最大值；以及

将与所述最佳价格因子对应的所述反馈传输资源的值确定为针对所述移动台中每一个的所述反馈传输资源。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述搜索最佳价格因子包括：重复执行下述操作直至找到所述最佳价格因子：

向所述移动台发送针对反馈传输资源的价格因子；

接收针对所述移动台中至少一个的在所述价格因子处的所述博弈效用；以及

如果在所述价格因子处的所述博弈效用是最大值，则将所述价格因子确定为所述最佳价格因子，或者如果在所述价格因子处的所述博弈效用不是最大值，则调整所述价格因子。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述调整所述价格因子包括将所述价格因子增大一固定量。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述价格因子具有为零的初始值。

5.根据权利要求2所述的方法，其中针对移动台的在所述价格因子处的所述博弈效用是所述移动台通过使用所述反馈传输资源而获得的性能增益减去在所述价格因子处为此而支付的成本。

6.根据权利要求5所述的方法，其中获取的所述性能增益是基于所述移动台使用的所述反馈传输资源和其他移动台的历史确定的反馈传输资源而确定的。

7.根据权利要求5所述的方法，其中支付的所述成本是所述移动台使用的所述反馈传输资源的线性函数。

8.根据权利要求2所述的方法，其中如果在所述价格因子处的所述博弈效用大于在随后增大的价格因子处的博弈效用，则确定所述价格因子处的所述博弈效用是最大值。

9.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：

从各个移动台接收与所述价格因子对应的反馈传输资源的值；以及

向所述移动台中每一个发送接收的所述反馈传输资源的值。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述反馈传输资源包括反馈速率和反馈带宽中的任何一个。

11.一种用于在移动台处提供用于确定反馈传输资源的信息的方法，包括，

接收针对反馈传输资源的价格因子；

确定针对所述移动台的、在所述价格因子处的博弈效用，以使得在所述反馈传输资源约束下，以分布式方式优化所述博弈效用；以及

向基站发送所确定的针对所述移动台的、在所述价格因子处的所述博弈效用，以便在确定反馈传输资源时使用。

12.根据权利要求11所述的方法，其中针对所述移动台的、在所述价格因子处的所述博弈效用是所述移动台通过使用所述反馈传输资源而获得的性能增益减去在所述价格因子处为此而支付的成本。

13.根据权利要求12所述的方法，其中支付的所述成本是所述移动台使用的所述反馈传输资源的线性函数。

14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：

接收其他移动台的历史传输资源的值，其中获得的所述性能增益是基于所述移动台使用的所述反馈传输资源和所接收的其他移动台的所述历史传输资源的值而确定的；

向所述基站或其他移动台发送与确定的所述博弈效用对应的反馈传输资源的值。

15.一种用于基于博弈论确定针对移动台的反馈传输资源的设备，其中在所述反馈传输资源约束下，以分布式方式优化在针对反馈传输资源的任何价格因子处的、针对所述移动台中每一个的博弈效用，所述设备包括：

最佳因子搜索单元，用于搜索最佳价格因子，在所述最佳价格因子处针对所述移动台中每一个的所述博弈效用具有最大值；以及

资源值确定单元，用于将与所述最佳价格因子对应的所述反馈传输资源的值确定为针对所述移动台中每一个的所述反馈传输资源。

16.根据权利要求15所述的设备，其中所述最佳价格因子搜索单元包括：

价格因子发送单元，用于向所述移动台发送针对反馈传输资源的价格因子；

博弈效用接收单元，用于接收针对所述移动台的至少一个的、在所述价格因子处的所述博弈效用；以及

最佳价格因子确定单元，用于如果在所述价格因子处的所述博弈效用是最大值，则将所述价格因子确定为所述最佳价格因子；以及

价格因子调整单元，用于如果所述价格因子处的所述博弈效用不是最大值，则调整所述价格因子。

17.根据权利要求16所述的设备，其中所述价格因子调整单元被配置用于将所述价格因子增大一固定量。

18.根据权利要求17所述的设备，其中所述价格因子具有为零的初始值。

19.根据权利要求16所述的设备，其中针对所述移动台的、在所述价格因子处的所述博弈效用是所述移动台通过使用所述反馈传输资源而获得的性能增益减去在所述价格因子处为此而支付的成本。

20.根据权利要求19所述的设备，其中获取的所述性能增益是基于所述移动台使用的所述反馈传输资源和其他移动台的历史确定的反馈传输资源而确定的。

21.根据权利要求19所述的设备，其中支付的所述成本是所述移动台使用的所述反馈传输资源的线性函数。

22.根据权利要求16所述的设备，其中所述最佳价格因子确定单元被配置用于：如果在所述价格因子处的所述博弈效用大于在随后增大的价格因子处的博弈效用，则确定所述价格因子处的所述博弈效用是最大值。

23.根据权利要求16所述的设备，进一步包括：

资源值接收单元，用于从各个移动台接收与所述价格因子对应的反馈传输资源的值；以及

资源值发送单元，用于向所述移动台中每一个发送接收的所述反馈传输资源的值。

24.根据权利要求15所述的设备，其中所述反馈传输资源包括反馈速率和反馈带宽中的任何一个。

25.一种用于在移动台处提供用于确定反馈传输资源的信息的设备，包括，

价格因子接收单元，用于接收针对反馈传输资源的价格因子；

博弈效用确定单元，用于确定针对所述移动台的、在所述价格因子处的所述博弈效用，以使得所述博弈效用在所述反馈传输资源约束下，以分布式方式而被优化；以及

博弈效用发送单元，用于向基站发送所确定的、针对所述移动台的、在所述价格因子处的所述博弈效用，以便在确定反馈传输资源时使用。

26.根据权利要求25所述的设备，其中针对所述移动台的、在所述价格因子处的所述博弈效用是所述移动台通过使用反馈传输资源而获得的性能增益减去在所述价格因子处为此支付的成本。

27.根据权利要求26所述的设备，其中支付的所述成本是所述移动台使用的所述反馈传输资源的线性函数。

28.根据权利要求26所述的设备，进一步包括：

历史值接收单元，用于接收其他移动台的历史传输资源的值，其中获得的所述性能增益是基于所述移动台使用的反馈传输资源和接收的其他移动台的历史传输资源的值而确定的；

资源值发送单元，用于向所述基站或其他移动台发送与确定的所述博弈效用对应的所述反馈传输资源的值。

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