一种用于MISO无线公平性网络的用户接入控制优化方法技术

本发明专利技术涉及一种用于MISO无线公平性网络的用户接入控制优化方法，包括步骤：(1)系统初始化；(2)采用ADMM算法更新相关变量，并迭代求解出接入用户集A和波束赋形矩阵W；(3)根据步骤(2)得到的解，输出最优结果。本发明专利技术在给定总能量约束的条件下，求得了应当被拒绝服务的用户，同时也得到了波束赋形的相应最优方案。本发明专利技术在服务质量、用户个数之间达到较好的平衡，还能将一部分计算量分摊到各个基站或用户终端去完成，减少中央控制器的计算工作量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于MISO无线公平性网络的用户接入控制优化方法
本专利技术涉及移动通信领域，尤其涉及一种用于MISO无线公平性网络的用户接入控制优化方法。
技术介绍
在无线网络管理中，由于木桶效应，有时候往往是最差的用户决定整个网络的服务质量，所以我们以使信噪干比(SINR)最小的用户拥有最大的信噪干比的公平性准则为目标，来提高网络的整体服务质量。然而，如果有大量用户等待服务，随着用户之间的竞争，整个网络会变得很拥挤，导致服务质量下降，对大规模网络而言这个问题变得尤为明显。所以，我们引入了用户接入控制来缓解这个问题，即只选取一部分用户接入网络，同时保证这些用户的公平性，并且能够享受到高服务质量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于MISO无线公平性网络的用户接入控制优化方法,在给定总能量约束的条件下，得到应当被拒绝服务的用户，同时也得到了波束赋形的相应最优方案,在服务质量、用户个数之间达到较好的平衡，还能将一部分计算量分摊到各个基站或用户终端去完成，减少中央控制器的计算工作量。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于MISO无线公平性网络的用户接入控制优化方法，包括以下步骤：步骤1：设定参数：所述参数包括需要接入的用户个数N、基站配备的天线数T、初始服务质量阈值γ(0)、噪声功率σ2、迭代终止门限ε、各用户和基站间的发送波束赋形矩阵W＝[w1,...,wM]以及各用户和基站间的传输信道矢量矩阵步骤2：采用ADMM算法更新相关变量，并迭代求解接入用户集A和波束赋形矩阵W，具体求解过程如下:步骤2-1：采用ADMM迭代算法，求解波束赋形矩阵W和服务质量指标θ；步骤2-1-1：初始化参数：设定θ,q,F,Φ,λ的初始值：其中，辅助矩阵由无线通信网中的信道矩阵噪声功率σ和波束赋形矩阵构建而成；θ是服务质量指标；和为当前迭代中接入用户对应的波束赋形矩阵和信道矩阵，I＝|A|表征当前迭代的接入用户数；q＝(q1,q2,...,qI)T为服务质量指标向量；λ∈CI×1为正态高斯分布随机向量；Φ∈CI×(I+1)为正态高斯分布随机矩阵；设定ADMM算法的惩罚参数c值；步骤2-1-2：根据初始化参数更新服务质量指标θ，按照如下公式对服务质量指标θ进行更新：其中，λi是随机向量λ的第i个元素；qi是服务质量指标向量q的地i个元素；c是惩罚参数；I是当前迭代接入的用户个数；步骤2-1-3：更新波束赋形矩阵按照如下公式对波束赋形矩阵进行更新：其中，Φw、Fw是和具有相同维度的矩阵，即为去掉随机矩阵φ和辅助矩阵F的最后一列的部分所组成的左子矩阵；如果则λw＝0；否则，利用二分法求得λw，再代入λw，到上式中，求得W，其中，λw是拉格朗日乘子，是总能量预算；所述二分法步骤如下：步骤2-1-3-1：初始化：对进行特征值分解，得到其中Π＝diag(π1,π2,...,πT)是的特征值对角矩阵；V∈CT×T是酉特征向量矩阵；令为特征矩阵，为Ψ的第t个对角元素；设定拉格朗日乘子下限λl和上限λu；步骤2-1-3-2：二分法取λw为其中间值(λl+λu)/2；步骤2-1-3-3：如果那么λu＝λw；否则，λl＝λw；重复步骤2-1-3-2和步骤2-1-3-3，直到|λl-λu|≤ε；其中,ε是迭代终止门限；步骤2-1-4：更新辅助矩阵F和服务质量指标向量q，其由如下规则获得：其中，是F的第i个对角元素；是F中第i个行向量中除去后剩余的元素组成的向量；yi是的第i行行向量，是yi的第i个元素，是Φ的第i个对角元素；是yi中除去后剩余的元素组成的向量，是Φ的第i个行向量中除去后剩余的元素组成的向量；λi是随机向量λ的第i个元素；γ是当前迭代中计算出的总用户服务质量，κ是辅助变量；步骤2-1-5：更新随机向量和随机矩阵λ,Φ，通过如下公式进行更新：λi＝λi+c(qi-θ)其中，φi是随机矩阵Φ的第i行向量；步骤2-1-6：内层迭代：重复步骤2-1-2至步骤2-1-5，直到时停止迭代，得到波束赋形W、服务质量指标θ；其中，ε是迭代终止门限；步骤2-2：计算各自用户服务质量γm，按照如下公式计算：其中，hm∈CT×1表示当前迭代中用户m与基站之间的传输信道矢量，wm∈CT×1表示当前迭代中基站与用户m之间的发送波束赋形，σ2为噪声功率；步骤2-3：更新接入用户集A，其具体过程为：如果|A|>N，则更新各自用户服务质量，按照如下公式对各自用户服务质量进行更新：删除接入用户集A中最小γm所对应的用户；否则，接入用户集A保持不变；步骤2-4：更新用户服务质量阈值，按照如下公式对用户服务质量阈值进行更新：γ＝minm∈Aγm步骤2-5：外层迭代：重复步骤2-1至步骤2-4，直到θ＜ε且|A|＝N时停止迭代，得到可接入用户集A和波束赋形矩阵W，其中，ε是迭代终止门限。本专利技术的有益效果是：本专利技术在给定总能量约束的条件下，求得了应当被拒绝服务的用户，同时也得到了波束赋形的相应最优方案；本专利技术在服务质量、用户个数之间达到较好的平衡，还能将一部分计算量分摊到各个基站或用户终端去完成，减少中央控制器的计算工作量。附图说明图1为本专利技术的方法总体流程图；图2为本专利技术的ADMM迭代算法求解流程图；图3为本专利技术的方法和现有算法性能比较仿真图；图4为本专利技术的方法和现有算法效率比较仿真图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示，本专利技术提供了一种用于MISO无线公平性网络的用户接入控制优化方法，在给定总能量约束的条件下，得到应当被拒绝服务的用户，同时也得到了波束赋形的相应最优方案，本专利技术在服务质量、用户个数之间达到较好的平衡，还能将一部分计算量分摊到各个基站或用户终端去完成，减少中央控制器的计算工作量。该方法的应用场景具体描述如下：假设在一个下行MISO网络中有M个用户和1个基站，考虑其下行链路传输过程，每个用户配备单天线，每个基站配备T(T>1)根天线。用hm∈CT×1表示用户m与基站之间的传输信道矢量，wm∈CT×1表示基站与用户m之间的发送波束赋形，其中m＝1,2,...,M.令σ2表示基站处的高斯白噪声功率，简便起见这里假设所有基站接收到的白噪声功率相同。发送波束赋形矩阵W∈CT×M可以表示为W＝[w1,...,wM]。采用信干噪比描述服务质量，用户m的信干噪比可以通过式(1)计算：考虑问题(2)如下所示。其中，是总能量预算。θ是SINR是服务质量指标，它可以表示整个网络的服务质量的好坏。本专利技术在给定总能量约束的条件下，求得了应当被拒绝服务的用户，同时也得到了波束赋形的相应最优方案。本专利技术在服务质量、用户个数之间达到较好的平衡，还能将一部分计算量分摊到各个基站或用户终端去完成，减少中央控制器的计算工作量。一种用于MISO无线公平性网络的用户接入控制优化方法，其特征在于,包括以下步骤：步骤1：设定参数：所述参数包括需要接入的用户个数N、基站配备的天线数T、初始服务质量阈值γ(0)、噪声功率σ2、迭代终止门限ε、各用户和基站间的发送波束赋形矩阵W＝[w1,...,wM]以及各用户和基站间的传输信道矢量矩阵步骤2：采用ADMM算法更新相关变量，并迭代求解接入用户集A和波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于MISO无线公平性网络的用户接入控制优化方法，其特征在于,包括以下步骤：步骤1：设定参数：所述参数包括需要接入的用户个数N、基站配备的天线数T、初始服务质量阈值γ

【技术特征摘要】
1.一种用于MISO无线公平性网络的用户接入控制优化方法，其特征在于,包括以下步骤：步骤1：设定参数：所述参数包括需要接入的用户个数N、基站配备的天线数T、初始服务质量阈值γ(0)、噪声功率σ2、迭代终止门限ε、各用户和基站间的发送波束赋形矩阵W＝[w1,...,wM]以及各用户和基站间的传输信道矢量矩阵步骤2：采用ADMM算法更新相关变量，并迭代求解接入用户集A和波束赋形矩阵W，具体求解过程如下:步骤2-1：采用ADMM迭代算法，求解波束赋形矩阵W和服务质量指标θ；步骤2-1-1：初始化参数：设定θ,q,F,Φ,λ的初始值：其中，辅助矩阵由无线通信网中的信道矩阵噪声功率σ和波束赋形矩阵构建而成；θ是服务质量指标；和为当前迭代中接入用户对应的波束赋形矩阵和信道矩阵，I＝|A|表征当前迭代的接入用户数；q＝(q1,q2,...,qI)T为服务质量指标向量；λ∈CI×1为正态高斯分布随机向量；Φ∈CI×(I+1)为正态高斯分布随机矩阵；设定ADMM算法的惩罚参数c值；步骤2-1-2：根据初始化参数更新服务质量指标θ，按照如下公式对服务质量指标θ进行更新：其中，λi是随机向量λ的第i个元素；qi是服务质量指标向量q的第i个元素；c是惩罚参数；I是当前迭代接入的用户个数；步骤2-1-3：更新波束赋形矩阵按照如下公式对波束赋形矩阵进行更新：其中，Φw、Fw是和具有相同维度的矩阵，即为去掉随机矩阵φ和辅助矩阵F的最后一列的部分所组成的左子矩阵；如果则λw＝0；否则，利用二分法求得λw，再将λw代入到上式中，求得W，其中，λw是拉格朗日乘子，是总能量预算；所述二分法步骤如下：步骤2-1-3-1：初始化：对进行特征值分解，得到其中，Π＝diag(π1,π2,...,πT)是的特征值对角矩阵；V∈CT×T是酉特征向量矩阵；令为特征矩阵，为Ψ的第t个对角元素；设定拉格朗日乘子下限λl和上限λu；步骤2-1-3-2：二分法取λw...

【专利技术属性】
技术研发人员：林静然，赵睿铭，利强，邵怀宗，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51