CN106792720B - 一种动态时分双工结合小小区的双系统复合频谱拍卖方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动态时分双工结合小小区的双系统复合频谱拍卖方法，所述复合频谱拍卖方法包括以下步骤，S10：构建动态时分双工结合小小区的双系统复合频谱拍卖模型；S20：频谱拍卖，S21：针对长期稳定需求频谱方，采用静态周期拍卖，S22：针对临时急需频谱方，采用动态在线拍卖；S30：小小区设备内智能终端间空闲频谱匹配，采用的动态时分双工技术将获得的空闲频谱作用到无线智能终端。本发明方法采用静态周期拍卖和动态在线拍卖所构成的拍卖方式，既满足小小区和频谱之间的最优匹配，又解决了卖家随时需要接入频谱的问题；实现将空闲频谱合理分配给小小区网络，小小区网络通过动态时分双工技术将频谱高效的作用在智能终端，解决频谱效率低下的问题。

Description

一种动态时分双工结合小小区的双系统复合频谱拍卖方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种动态时分双工结合小小区的双系统复合频谱拍卖方法。

背景技术

频谱拍卖技术作为一种技术手段，缓解了由于近年来无线通信技术飞速发展、无线通信服务呈指数性增长所导致的频谱资源极度稀缺问题。然而，频谱作为无线通信中至关重要的宝贵资源，我们对其需求日益增长，但传统的频谱分配方式效率较低，从而导致了频谱稀缺问题越来越严重。例如以往的频谱拍卖中是以每个频谱需求者只需要一个单位的频谱为前提的，且只有一个频谱拥有者来提供频谱。显然，在实际情况和频谱需求者的角度中，该假设并不符合实际情况，这种假设完全忽视了频谱需求者之间的差异性，不同的频谱需求者之间是有区别的。例如有些频谱需求者为长期稳定的需求频谱，而有些因为特殊关系，临时且急需频谱，这两者对于频谱的要求大不相同，不能实现有效的利用空闲频谱资源满足实际需求。

小小区网络技术被认为是一种解决当前移动数据流量爆炸式增长的手段之一，也是移动通信技术演进及下一代移动通信网络的关键技术之一。小小区是一种低发射功率、小范围覆盖的基站设备，使得网络中的发射机能够以较小的发射功率来达到一个较好的通信质量，具有灵活、快速部署的优点，可以有效的弥补宏小区覆盖不足，如室内深度部署；同时在室外热点地区，小小区被用来为宏小区提供负载卸载，缓解宏小区业务压力。但因频谱资源稀缺问题，导致分配给小小区的频谱资源极其有限，限制发挥小小区优化网络覆盖等特点；并且小小区网络所服务的用户较少，用户在小区间的切换十分频繁，导致了小小区网络中变化的数据业务难以计算，传统宏蜂窝小区里的半静态子帧重配置将无法使用。

动态时分双工模式作为一种移动通信技术方式，其特点为不需要成对的频率，能使用各种频率资源，适用于不对称的上下行数据传输速率，能明显的表现出频谱资源丰富的优势。但由于时隙的限制，动态时分双工系统的时分双工帧长会比较短，受到多径衰落的影响会更严重，导致动态时分双工模式的系统只能适合低速移动的场合。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题。

本发明提出解决现有问题的方案充分利用动态时分双工模式与小小区技术中的技术优点，结合具体适用环境，根据实际适用环境的需要，提出了一种动态时分双工结合小小区的双系统复合频谱拍卖方法，所述复合频谱拍卖方法包括以下步骤：

S10：构建动态时分双工结合小小区的双系统复合频谱拍卖模型

设模型中包含多个频谱拥有者，频谱拥有者只需要提供自己所能提供的空闲频带的数量以及单价，每个频谱拥有者拥有若干个互不重叠且不可再分的性质完全相同的空闲频谱；频谱池，集中了所有频谱拥有者提供的空闲频谱，设频谱池中有m段空闲频谱，被统一分配管理；包含有n个小小区设备的小小区系统，小小区设备作为需求频谱方只需要提交自己需要的频谱数量以及愿意支付相应频谱的单价；第三方频谱拍卖者，由一个中央频谱拍卖处理器构成，它将收集小小区设备对于频谱需求的信息，通过分析频谱池的状态，拍卖频谱，对频谱做一个高效的分配；

S20：频谱拍卖

中央频谱拍卖处理器根据每个小小区设备所提出的频谱需求信息将小小区设备划分为长期稳定需求频谱方和临时急需频谱方两种类型，将两种类型的小小区设备分别匹配到双系统复合频谱拍卖模型中进行拍卖，具体拍卖方式为：

S21：针对长期稳定需求频谱方，采用静态周期拍卖，在一个周期内实现长期稳定需求频谱的小小区设备与频谱之间构造最优匹配；

S22：针对临时急需频谱方，采用动态在线拍卖，根据临时急需频谱的小小区设备的频谱需求起始时间、报价价格、要求使用频谱的时间长度信息，动态的决定出拍卖赢家；

S30：小小区设备内智能终端间空闲频谱匹配

当小小区设备通过步骤S20的频谱拍卖方法获得了来自频谱拥有者提供的空闲频谱后，采用的动态时分双工技术将获得的空闲频谱作用到无线智能终端。

本发明方案将动态时分双工模式与小小区相结合，在小小区设备内采用的动态时分双工技术将获得的空闲频谱作用到无线智能终端，既弱化了因动态时分双工模式所导致的移动速度受限问题，也解决了因小小区网络中的用户与业务具有特别大的不确定性，导致的移动数据流量具有相当大的动态性缺点；针对长期稳定需求频谱的小小区设备和临时急需频谱的小小区，采用静态周期频谱拍卖和动态在线频谱拍卖所构成的双系统复合拍卖方式，将两种类型的小小区分别匹配到双系统复合拍卖模型中，既满足了小小区和频谱之间的最优匹配，又联系实际的解决了频谱需求者的要求和频谱空闲时段是不可预知且卖家也可能随时需要接入频谱的问题；最终通过频谱拍卖实现了将空闲频谱合理的分配给小小区网络，小小区网络通过动态时分双工技术将频谱高效的作用在智能终端，从根本上解决频谱效率低下的问题。

进一步的，所述频谱池中的m段空闲频谱有i段频谱为静态拍卖资源，记为S＝(1,2,...,i)，j段频谱作为动态拍卖资源，记为W＝(1,2,...,j)；小小区设备中有p个为参与静态周期拍卖的长期稳定需求频谱方，记为D＝(1,2,...,p)，有q个为参与动态在线拍卖的临时急需频谱方，记为E＝(1,2,...,q)，其中i+j＝m，p+q＝n。

静态周期拍卖过程为：

S211：长期稳定需求频谱的小小区设备之间存在干扰情况，根据距离因素，建立一个p×p的干扰矩阵,如式(1)，

B＝{b_xy}_p×p,b_xy∈{0,1},x∈D,y∈D (1)

式中B为干扰矩阵，b_xy则表示第x个小小区和第y个小小区相互之间的干扰情况；

当b_xy＝1，则表示第x个小小区设备和第y个小小区设备相互之间存在干扰，不能同时使用同一频谱，反之，则表示小小区设备之间无干扰；

S212：参与静态周期拍卖的p个小小区设备对授权频谱作出估价矩阵，记为V，如式(2)

式中

为第x个小小区对第z个授权频谱的估价；

S213：中央频谱拍卖处理器标明单个空闲频谱的平均成本价格，记为p_c，且

中央频谱拍卖处理器收到了每个小小区设备的估价矩阵，整合每个小小区设备包括地理位置或邻节点在内的信息，根据这些信息为每个小小区设备分配干扰用户集合和可用频谱集合，中央频谱拍卖处理器根据最大化收益原则进行第一轮拍卖，从小小区设备集合中选出一个赢家，为这个赢家分配可用频谱集合中任意一个可用的空闲频谱，这个赢家的可用空闲频谱集合记为

则丢弃这个赢家，当每一个频段拍卖后，更新小小区设备集合D：D＝D-1，更新每个小小区设备分配干扰用户集合和可用频谱集合；

S214：重复上述步骤S213，直到小小区集合

由此，得到式(3)分配矩阵C：

式中

为第x个小小区设备对第z个授权频谱的分配情况，

根据分配矩阵C和价格矩阵V得出小小区设备频谱拍卖模型的系统效用值U_v(C)如式(4)：

式中

为第x个小小区设备对第z个授权频谱的分配情况，

为第x个小小区设备对第z个授权频谱的估价；

设定小小区设备静态周期拍卖的目标函数为式(5)：

式中

为第x个小小区设备对第z个授权频谱的分配情况，

为第x个小小区设备对第z个授权频谱的估价；

静态周期拍卖中的系统效用值U_v(C)的定义为在一个拍卖周期中，一次拍卖过程中整个拍卖活动获得的总收益，系统效用值越高代表拍卖的频谱分配效率越高，通过整个静态周期拍卖活动找出使得系统效用最高的分配矩阵实现小小区设备与频谱构造最优匹配。

进一步的，所述动态在线拍卖过程为：

S221：参与动态在线拍卖的临时急需频谱小小区设备实时地向中央频谱拍卖处理器提出频谱需求的起始时间、报价价格、要求使用频谱的时间长度信息，中央频谱拍卖处理器根据频谱池在有限、离散的时间周期θ＝{0,1,...,T}上向q个临时急需频谱的小小区设备分配频谱，且在分配频谱过程中频谱池的可用频谱信息在持续更新；在更新过程中，设中央频谱拍卖处理器在第t∈θ时期拍卖β^t单位的频谱，每个频谱的秘密保留价为p_c，当一个临时急需频谱的小小区设备x接入动态频谱拍卖系统时，需要λ_x个频谱资源，接入类型可表示为一个有序数组

其中a_x，k_x为小小区设备接入动态频谱拍卖系统时间和离开动态频谱拍卖系统时间，

为小小区x对频谱z的报价；

S222：根据小小区设备之间距离因素，建立一个q×q的干扰矩阵B如式(6)，

B＝{b_xy}_q×q,b_xy∈{0,1},x∈D,y∈D (6)

式中b_xy表示第x个小小区和第y个小小区相互之间的干扰情况，当b_xy＝1，则表示第x个小小区和第y个小小区相互之间存在干扰，不能同时使用同一频带，反之，则表示小小区之间无干扰；

S223：根据动态频谱拍卖原理，将动态频谱拍卖规范化为一个序贯决策问题，即小小区设备须向中央频谱拍卖处理器报告真实的类型向量，且中央频谱拍卖处理器根据小小区设备的类型向量做出分配和支付的决策，动态频谱拍卖系统采用一个两元组合{k,v}表示，一般元素

表示小小区设备x在第t时期是否赢得第z单位频谱，

表示小小区设备x赢得第z单位频谱的支付价格；

动态频谱拍卖系统目标是在满足临时急需频谱的小小区设备频谱需求条件的同时，实现频谱的有效配置，得以最大化全社会福利，也就是系统效用值如式(7)：

式中U_v{k,v}为动态频谱拍卖系统效用值，

表示小小区设备x在第t时期是否赢得第z单位频谱，

表示小小区设备x赢得第z单位频谱的支付价格；

小小区动态频谱拍卖系统的目标函数如式(8)，从而通过获得最大的系统效用值以实现频谱资源的最佳配置：

进一步地，所述动态时分双工技术的动态时分双工物理层帧结构为10ms的无线帧，每个子帧长度为1ms，包括上行子帧、下行子帧，并采用动态配置连续子帧方法配置子帧，具体配置过程为：

S31：初始化将下行帧作为默认子帧；

S32：之后，在每个子帧的起始时刻，小小区设备分别统计各小小区设备的基站下所有附着的智能移动终端在上行缓存和下行缓存中的待传总比特数，按式(9)计算得到上行与下行业务量比例G

式中，∑B_ul为上行缓存中待传总比特数，∑B_dl为下行缓存中待传总比特数；

S33：设定对比参数g的值，取

φ_ul为上行泊松过程中的φ值，φ_dl为下行泊松过程中的φ值；

S34：上行与下行业务量比例G与对比参数g进行比较，若G≥g，则将后4个传输时间间隔之后的子帧设置为上行帧；若G≤g，则后4个传输时间间隔之后的子帧保持不变，仍为下行帧，小小区设备根据数据进行记录并且实施配置；

S35：重复步骤S31至S34，实现动态时分双工配置连续子帧，提高了小小区网络的总体性能。

本发明的方法设计了一种静态周期频谱拍卖和动态在线频谱拍卖所构成的双系统复合拍卖模型，结合动态时分双工模式与小小区的技术特点，将频谱拥有者的空闲授权频谱分配给小小区网络使用，作用在智能终端，实现动态频谱共享、缓解频谱供需矛盾。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明方法中的动态时分双工结合小小区的频谱双系统复合拍卖模型示意图；

图2为本发明方法中的动态时分双工配置连续子帧方法流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1-2对本发明实施例的一种动态时分双工结合小小区的双系统复合频谱拍卖方法做进一步的描述。动态时分双工结合小小区的双系统复合频谱拍卖方法包括以下步骤：

S10：构建如图1所示的动态时分双工结合小小区的双系统复合频谱拍卖模型，模型包括多个频谱拥有者和多个作为频谱需求者的小小区设备，小小区设备由基站和使用该基站的智能移动终端构成，小小区设备可以简称为小小区，n个小小区构成小小区系统或小小区网络，小小区设备作为需求频谱方只需要提交自己需要的频谱数量以及愿意支付相应频谱的单价；频谱拥有者拥有若干个互不重叠且不可再分的性质完全相同的空闲频谱，频谱拥有者只需要提供自己所能提供的空闲频带的数量以及单价，进行竞价，最终将购得的频谱作用在智能移动终端上；频谱池，集中了所有频谱拥有者提供的空闲频谱，设频谱池中有m段空闲频谱，被统一分配管理；第三方频谱拍卖者，由一个中央频谱拍卖处理器构成，它将收集小小区设备对于频谱需求的信息，通过分析频谱池的状态，拍卖频谱，对频谱做一个高效的分配；

S20：频谱拍卖

中央频谱拍卖处理器根据每个小小区设备所提出的频谱需求信息将小小区设备划分为长期稳定需求频谱方和临时急需频谱方两种类型，划分结果如图1所示，双系统复合频谱拍卖模型包括静态周期拍卖系统和动态在线拍卖系统，将两种类型的小小区设备分别匹配到双系统复合频谱拍卖模型中进行拍卖，具体拍卖方式为：

S21：针对长期稳定需求频谱方，在静态周期拍卖系统中采用静态周期拍卖，在一个周期内实现长期稳定需求频谱的小小区设备与频谱之间构造最优匹配；

设频谱池中的m段空闲频谱有i段频谱为静态拍卖资源，记为S＝(1,2,...,i)，j段频谱作为动态拍卖资源，记为W＝(1,2,...,j)；小小区设备中有p个为参与静态周期拍卖的长期稳定需求频谱方，记为D＝(1,2,...,p)，有q个为参与动态在线拍卖的临时急需频谱方，记为E＝(1,2,...,q)，其中i+j＝m，p+q＝n，静态周期拍卖过程为：

S211：小小区之间存在干扰情况，根据距离因素，建立一个p×p的干扰矩阵,如式(1)，

B＝{b_xy}_p×p,b_xy∈{0,1},x∈D,y∈D (1)

式中B为干扰矩阵，b_xy则表示第x个小小区和第y个小小区相互之间的干扰情况；

当b_xy＝1，则表示第x个小小区设备和第y个小小区设备相互之间存在干扰，不能同时使用同一频谱，反之，则表示小小区设备之间无干扰；

S212：参与静态周期拍卖的p个小小区设备对授权频谱作出估价矩阵，记为V，如式(2)

式中

为第x个小小区对第z个授权频谱的估价；

S213：中央频谱拍卖处理器标明单个空闲频谱的平均成本价格，记为p_c，且

中央频谱拍卖处理器收到了每个小小区设备的估价矩阵，整合每个小小区设备包括地理位置或邻节点在内的信息，根据这些信息为每个小小区设备分配干扰用户集合和可用频谱集合，中央频谱拍卖处理器根据最大化收益原则进行第一轮拍卖，从小小区设备集合中选出一个赢家，为这个赢家分配可用频谱集合中任意一个可用的空闲频谱，这个赢家的可用空闲频谱集合记为

则丢弃这个赢家，当每一个频段拍卖后，更新小小区设备集合D：D＝D-1，更新每个小小区设备分配干扰用户集合和可用频谱集合；

S214：重复上述步骤S213，直到小小区集合

由此，得到式(3)分配矩阵C：

式中

为第x个小小区设备对第z个授权频谱的分配情况，

根据分配矩阵C和价格矩阵V得出小小区设备频谱拍卖模型的系统效用值U_v(C)如式(4)：

式中

为第x个小小区设备对第z个授权频谱的分配情况，

为第x个小小区设备对第z个授权频谱的估价；

设定小小区设备静态周期拍卖的目标函数为式(5)：

式中

为第x个小小区设备对第z个授权频谱的分配情况，

为第x个小小区设备对第z个授权频谱的估价；

静态周期拍卖中的系统效用值U_v(C)的定义为在一个拍卖周期中，一次拍卖过程中整个拍卖活动获得的总收益，系统效用值越高代表拍卖的频谱分配效率越高，通过整个静态周期拍卖活动找出使得系统效用最高的分配矩阵实现小小区设备与频谱构造最优匹配。

S22：针对临时急需频谱方，采用动态在线拍卖，根据临时急需频谱的小小区设备的频谱需求起始时间、报价价格、要求使用频谱的时间长度信息，动态的决定出拍卖赢家；所述动态在线拍卖过程为：

S221：参与动态在线拍卖的临时急需频谱小小区设备实时地向中央频谱拍卖处理器提出频谱需求的起始时间、报价价格、要求使用频谱的时间长度信息，中央频谱拍卖处理器根据频谱池在有限、离散的时间周期θ＝{0,1,...,T}上向q个临时急需频谱的小小区设备分配频谱，且在分配频谱过程中频谱池的可用频谱信息在持续更新；在更新过程中，设中央频谱拍卖处理器在第t∈θ时期拍卖β^t单位的频谱，每个频谱的秘密保留价为p_c，当一个临时急需频谱的小小区设备x接入动态频谱拍卖系统时，需要λ_x个频谱资源，接入类型可表示为一个有序数组

其中a_x，k_x为小小区设备接入动态频谱拍卖系统时间和离开动态频谱拍卖系统时间，

为小小区x对频谱z的报价；

S222：根据小小区设备之间距离因素，建立一个q×q的干扰矩阵B如式(6)，

B＝{b_xy}_q×q,b_xy∈{0,1},x∈D,y∈D (6)

式中b_xy表示第x个小小区和第y个小小区相互之间的干扰情况，当b_xy＝1，则表示第x个小小区和第y个小小区相互之间存在干扰，不能同时使用同一频带，反之，则表示小小区之间无干扰；

S223：根据动态频谱拍卖原理，可将动态频谱拍卖规范化为一个序贯决策问题，即小小区设备须向中央频谱拍卖处理器报告真实的类型向量，且中央频谱拍卖处理器根据小小区设备的类型向量做出分配和支付的决策，动态频谱拍卖系统采用一个两元组合{k,v}表示，一般元素

表示小小区设备x在第t时期是否赢得第z单位频谱，

表示小小区设备x赢得第z单位频谱的支付价格；

动态频谱拍卖系统目标是在满足临时急需频谱的小小区设备频谱需求条件的同时，实现频谱的有效配置，得以最大化全社会福利，也就是系统效用值如式(7)：

式中U_v{k,v}为动态频谱拍卖系统效用值，

表示小小区设备x在第t时期是否赢得第z单位频谱，

表示小小区设备x赢得第z单位频谱的支付价格；

小小区动态频谱拍卖系统的目标函数如式(8)，从而通过获得最大的系统效用值以实现频谱资源的最佳配置：

S30：小小区设备内智能终端间空闲频谱匹配

当小小区设备通过步骤S20的频谱拍卖方法获得了来自频谱拥有者提供的空闲频谱后，采用的动态时分双工技术将获得的空闲频谱作用到无线智能终端。

所述动态时分双工技术的动态时分双工物理层帧结构为10ms的无线帧，每个子帧长度为1ms，包括上行子帧、下行子帧，并采用如图2所示的动态配置连续子帧方法配置子帧，具体配置过程为：

S31：初始化将下行帧作为默认子帧；

S32：之后，在每个子帧的起始时刻，小小区设备分别统计各小小区设备的基站下所有附着的智能移动终端在上行缓存和下行缓存中的待传总比特数，按式(9)计算得到上行与下行业务量比例G的值

式中，∑B_ul为上行缓存中待传总比特数，∑B_dl为下行缓存中待传总比特数；

S33：设定对比参数g的值，取

φ_ul为上行泊松过程中的φ值，φ_dl为下行泊松过程中的φ值；

S34：上行与下行业务量比例G与对比参数g进行比较，若G≥g，则将后4个传输时间间隔之后的子帧设置为上行帧；若G≤g，则后4个传输时间间隔之后的子帧保持不变，仍为下行帧，小小区设备根据数据进行记录并且实施配置；

S35：重复步骤S31至S34，实现动态时分双工配置连续子帧。

这种采用动态配置连续子帧配置的方案根据系统中各小小区设备统计小小区内移动智能终端上下行业务量及上下行信道质量情况，灵活、动态自适应地配置小区子帧类型，不设置特殊子帧，实现每个子帧都可以动态变化为上行或下行子帧，转换时的保护间隔可放在下行子帧的最后面或者上行子帧的最前面，每个传输时间间隔时刻都会进行子帧动态配置且每次只配置一个子帧，即子帧重配周期和子帧配置窗口都为一个传输时间间隔，有效地去调整其使用的子帧配置，实现对非对称业务的精确匹配，帧的利用率高，进而提高了频谱利用率，极大的满足非对称业务的需求，提高了小小区网络的总体性能。

本发明实例中将动态时分双工模式与小小区相结合，在小小区设备内采用的动态时分双工技术将获得的空闲频谱作用到无线智能终端，既弱化了动态时分双工模式移动速度受限的问题，也解决了因小小区网络中的用户与业务具有特别大的不确定性，导致的移动数据流量具有相当大的动态性缺点；针对长期稳定需求频谱的小小区设备和临时急需频谱的小小区，采用静态周期频谱拍卖和动态在线频谱拍卖所构成的双系统复合拍卖方式，将两种类型的小小区分别匹配到双系统复合拍卖模型中，既满足了小小区和频谱之间的最优匹配，又联系实际的解决了频谱需求者的要求和频谱空闲时段是不可预知且卖家也可能随时需要接入频谱的问题；最终通过频谱拍卖实现了将空闲频谱合理的分配给小小区网络，小小区网络通过动态时分双工技术将频谱高效的作用在智能终端，从根本上解决频谱效率低下的问题。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的创造性精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种动态时分双工结合小小区的双系统复合频谱拍卖方法，所述复合频谱拍卖方法包括以下步骤：

S10：构建动态时分双工结合小小区的双系统复合频谱拍卖模型

设模型中包含多个频谱拥有者，频谱拥有者只需要提供自己所能提供的空闲频带的数量以及单价，每个频谱拥有者拥有若干个互不重叠且不可再分的性质完全相同的空闲频谱；频谱池，集中了所有频谱拥有者提供的空闲频谱，设频谱池中有m段空闲频谱，被统一分配管理；包含有n个小小区设备的小小区系统，小小区设备作为需求频谱方只需要提交自己需要的频谱数量以及愿意支付相应频谱的单价；第三方频谱拍卖者，由一个中央频谱拍卖处理器构成，它将收集小小区设备对于频谱需求的信息，通过分析频谱池的状态，拍卖频谱，对频谱做一个高效的分配；

S20：频谱拍卖

中央频谱拍卖处理器根据每个小小区设备所提出的频谱需求信息将小小区设备划分为长期稳定需求频谱方和临时急需频谱方两种类型，将两种类型的小小区设备分别匹配到双系统复合频谱拍卖模型中进行拍卖，具体拍卖方式为：

S21：针对长期稳定需求频谱方，采用静态周期拍卖，在一个周期内实现长期稳定需求频谱的小小区设备与频谱之间构造最优匹配；

S22：针对临时急需频谱方，采用动态在线拍卖，根据临时急需频谱的小小区设备的频谱需求起始时间、报价价格、要求使用频谱的时间长度信息，动态的决定出拍卖赢家；

S30：小小区设备内智能终端间空闲频谱匹配

当小小区设备通过步骤S20的频谱拍卖方法获得了来自频谱拥有者提供的空闲频谱后，采用的动态时分双工技术将获得的空闲频谱作用到无线智能终端；

所述频谱池中的m段空闲频谱有i段频谱为静态拍卖资源，记为S＝(1,2,...,i)，j段频谱作为动态拍卖资源，记为W＝(1,2,...,j)；小小区设备中有p个为参与静态周期拍卖的长期稳定需求频谱的小小区设备，记为D＝(1,2,...,p)，有q个为参与动态在线拍卖的临时急需频谱的小小区设备，记为E＝(1,2,...,q)，其中i+j＝m，p+q＝n；

所述静态周期拍卖过程为：

S211：长期稳定需求频谱的小小区设备之间存在干扰情况，根据距离因素，建立一个p×p的干扰矩阵,如式(1)，

B＝{b_xy}_p×p,b_xy∈{0,1},x∈D,y∈D (1)

式中B为干扰矩阵，b_xy则表示第x个小小区和第y个小小区相互之间的干扰情况；

当b_xy＝1，则表示第x个小小区设备和第y个小小区设备相互之间存在干扰，不能同时使用同一频谱，反之，则表示小小区设备之间无干扰；

S212：参与静态周期拍卖的p个小小区设备对授权频谱作出估价矩阵，记为V，如式(2)

式中

为第x个小小区对第z个授权频谱的估价；

S213：中央频谱拍卖处理器标明单个空闲频谱的平均成本价格，记为p_c，且

中央频谱拍卖处理器收到了每个小小区设备的估价矩阵，整合每个小小区设备包括地理位置或邻节点在内的信息，根据这些信息为每个小小区设备分配干扰用户集合和可用频谱集合，中央频谱拍卖处理器根据最大化收益原则进行第一轮拍卖，从小小区设备集合中选出一个赢家，为这个赢家分配可用频谱集合中任意一个可用的空闲频谱，这个赢家的可用空闲频谱集合记为

则丢弃这个赢家，当每一个频段拍卖后，更新小小区设备集合D：D＝D-1，更新每个小小区设备分配干扰用户集合和可用频谱集合；

S214：重复上述步骤S213，直到小小区集合

由此，得到式(3)分配矩阵C：

式中

为第x个小小区设备对第z个授权频谱的分配情况，

根据分配矩阵C和价格矩阵V得出小小区设备频谱拍卖模型的系统效用值U_v(C)如式(4)：

式中

为第x个小小区设备对第z个授权频谱的分配情况，

为第x个小小区设备对第z个授权频谱的估价，

设定小小区设备静态周期拍卖的目标函数为式(5)：

式中

为第x个小小区设备对第z个授权频谱的分配情况，

为第x个小小区设备对第z个授权频谱的估价，

静态周期拍卖中的系统效用值U_v(C)的定义为在一个拍卖周期中，一次拍卖过程中整个拍卖活动获得的总收益，系统效用值越高代表拍卖的频谱分配效率越高，通过整个静态周期拍卖活动找出使得系统效用最高的分配矩阵实现小小区设备与频谱构造最优匹配；

所述动态在线拍卖过程为：

S221：参与动态在线拍卖的临时急需频谱小小区设备实时地向中央频谱拍卖处理器提出频谱需求的起始时间、报价价格、要求使用频谱的时间长度信息，中央频谱拍卖处理器根据频谱池在有限、离散的时间周期θ＝{0,1,...,T}上向q个临时急需频谱的小小区设备分配频谱，且在分配频谱过程中频谱池的可用频谱信息在持续更新；在更新过程中，设中央频谱拍卖处理器在第t∈θ时期拍卖β^t单位的频谱，每个频谱的秘密保留价为p_c，当一个临时急需频谱的小小区设备x接入动态频谱拍卖系统时，需要λ_x个频谱资源，接入类型可表示为一个有序数组

其中a_x，k_x为小小区设备接入动态频谱拍卖系统时间和离开动态频谱拍卖系统时间，

为小小区x对频谱z的报价；

S222：临时急需频谱小小区设备之间同样存在干扰情况，根据距离因素，建立一个q×q的干扰矩阵B如式(6)，

B＝{b_xy}_q×q,b_xy∈{0,1},x∈D,y∈D (6)

式中b_xy表示第x个小小区和第y个小小区相互之间的干扰情况，当b_xy＝1，则表示第x个小小区和第y个小小区相互之间存在干扰，不能同时使用同一频带，反之，则表示小小区之间无干扰；

S223：根据动态频谱拍卖原理，将动态频谱拍卖规范化为一个序贯决策问题，即小小区设备须向中央频谱拍卖处理器报告真实的类型向量，且中央频谱拍卖处理器根据小小区设备的类型向量做出分配和支付的决策，动态频谱拍卖系统采用一个两元组合{k,v}表示，一般元素

表示小小区设备x在第t时期是否赢得第z单位频谱，

表示小小区设备x赢得第z单位频谱的支付价格；

动态频谱拍卖系统目标是在满足临时急需频谱的小小区设备频谱需求条件的同时，实现频谱的有效配置，求得最大化全社会福利，也就是系统效用值如式(7)：

式中U_v{k,v}为动态频谱拍卖系统效用值，

表示小小区设备x在第t时期是否赢得第z单位频谱，

表示小小区设备x赢得第z单位频谱的支付价格；

小小区动态频谱拍卖系统的目标函数如式(8)，从而通过获得最大的系统效用值以实现频谱资源的最佳配置：

所述动态时分双工技术的动态时分双工物理层帧结构为10ms的无线帧，每个子帧长度为1ms，包括上行子帧、下行子帧，并采用动态配置连续子帧方法配置子帧，具体配置过程为：

S31：初始化将下行帧作为默认子帧；

S32：之后，在每个子帧的起始时刻，小小区设备分别统计各小小区设备的基站下所有附着的智能移动终端在上行缓存和下行缓存中的待传总比特数，按式(9)计算得到上行与下行业务量比例G

式中，∑B_ul为上行缓存中待传总比特数，∑B_dl为下行缓存中待传总比特数；

S33：设定对比参数g的值，取

φ_ul为上行泊松过程中的φ值，φ_dl为下行泊松过程中的φ值；

S34：上行与下行业务量比例G与对比参数g进行比较，若G≥g，则将后4个传输时间间隔之后的子帧设置为上行帧；若G≤g，则后4个传输时间间隔之后的子帧保持不变，仍为下行帧，小小区设备根据数据进行记录并且实施配置；

S35：重复步骤S31至S34，实现动态时分双工配置连续子帧。

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