【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信领域，涉及一种有限块长下的公平短包通信方法。
技术介绍
1、有限块长下的短包通信是一种很有前途的6g技术，其通过减少块码长度大大减少了传输延迟，因此是满足低延迟应用(如工业自动化)严格延迟要求的关键技术。对于有限块长下的短包通信，由于大数定律不成立，信道容量不能采用香农理论，而是块长度、解码错误概率和信噪比的复杂函数。同时，用户间的公平通信也是通信系统设计的重要考虑因素。由于现有的公平通信方法设计都是基于香农理论，不能适用于有限块长下的短包通信。因此，有必要研究有限块长下的用户公平短包通信方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种有限块长下的用户公平短包通信方法，针对有限块长下的多用户短包通信场景，通过对带宽分配、功率分配和包错误率进行优化，最大化所有用户的公平效用函数。
2、为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种有限块长下的用户公平短包通信方法，包括：
4、以最大化所有用户设备的公平效用函数为目标，建立有限块长下的用户公平短包通信优化问题模型；
5、将所建立的用户公平短包通信优化问题模型中的整数约束带宽分配变量松弛为连续变量，得到松弛问题；
6、将松弛问题分解为两个子问题，通过反复迭代优化两个子问题，得到连续的带宽分配变量；其中第一子问题为优化带宽分配和功率分配并通过连续凸逼近方法求解，第二子问题为优化包错误率子问题并通过凸
7、将连续的带宽分配变量通过贪婪算法约束为整数得到最终优化的带宽分配，在给定最终优化的带宽分配的前提条件下，再次通过凸优化方法求解第二子问题，得到最终优化的包错误率。
8、进一步地，所述有限块长下的用户公平短包通信优化问题模型为：
9、p1：
10、约束c1：
11、约束c2：
12、约束c3：
13、约束c4：pk≥0，1≤k≤k
14、约束c5：0<∈k<∈max，1≤k≤k
15、其中，k为用户设备的数量；nk为分配给用户设备k的单位带宽b0的数量；nmax为总的单位带宽数量；为非负整数集合；∈k为接入点发送给用户设备k数据的包错误率；∈max为接入点发送给用户设备k数据的最大包错误率；pk为接入点发送给用户设备k数据的发射功率；pmax为接入点发送给所有用户设备的最大总功率；fα(x)为α公平效用函数α为用户设备公平性调节因子；rk＝nkb0t(1-∈k)rk为接入点发送给用户设备k的数据吞吐量，t为数据传输总时间，为接入点发送给用户设备k的数据速率，为用户设备k处接收到的接入点信号的信噪比，σ2为噪声功率谱密度，hk为接入点和用户设备k之间信道的增益，q-1(.)为高斯q函数的逆函数。
16、进一步地，将所建立的用户公平短包通信优化问题模型中的整数约束带宽分配变量松弛为连续变量，得到松弛问题p2为：
17、p2：
18、约束c1：
19、约束c3：
20、约束c4：pk≥0，1≤k≤k
21、约束c5：0<∈k<∈max，1≤k≤k
22、约束c6：nk≥0，1≤k≤k。
23、进一步地，所述将松弛问题分解为两个子问题，通过反复迭代优化两个子问题，得到连续的带宽分配变量，具体包括以下步骤：
24、步骤3-1：将松弛问题p2分解为两个子问题，其中，一个子问题为在给定包错误率∈k的前提条件下，针对所有用户设备，优化带宽分配nk和功率分配pk；另一个子问题为在给定带宽分配nk和功率分配pk的前提条件下，针对所有用户设备，优化包错误率∈k；
25、针对所有用户设备，优化带宽分配nk和功率分配pk的问题建模为第一子问题p3：
26、p3：
27、约束c1：
28、约束c3：
29、约束c4：pk≥0，1≤k≤k
30、约束c6：nk≥0，1≤k≤k；
31、针对用户设备k，优化包错误率∈k的问题建模为第二子问题为p4：
32、p4：
33、约束c5：0<∈k<∈max，1≤k≤k；
34、步骤3-2：通过连续凸逼近方法求解第一子问题p3；
35、步骤3-3：通过凸优化方法求解第二子问题p4；
36、步骤3-4：如果的值不收敛，则重复执行步骤3-2和步骤3-3；否则，结束该步骤，得到连续的带宽分配变量。
37、进一步地，步骤3-2中通过连续凸逼近方法求解第一子问题p3，具体包括以下步骤：
38、步骤3-2-1：初始化带宽分配和功率分配其中i＝0；
39、步骤3-2-2：将rk重写为rk＝rk,1-rk,2，其中rk,1＝nkb0t(1-∈k)log2(1+γk)，
40、步骤3-2-3：通过如下步骤3-2-3-1和3-2-3-2确定和的值：
41、步骤3-2-3-1：将rk,2近似为其一阶泰勒展开式其中为当和时rk,2对nk的一阶偏导的值，为当和时rk,2对pk的一阶偏导的值；
42、步骤3-2-3-2：通过内点法求解如下问题得到和的值：
43、p5：
44、约束c1：
45、约束c3：
46、约束c4：pk≥0，1≤k≤k
47、约束c6：nk≥0，1≤k≤k；
48、步骤3-2-4：如果和之间的差值收敛，则输出优化的带宽分配nk和功率分配pk的值分别为和否则令i＝i+1，返回步骤3-2-3。
49、进一步地，步骤3-3中通过凸优化方法求解第二子问题p4，具体包括以下步骤：
50、计算fα(rk)对∈k的一阶偏导并令求得该方程的根为输出优化的包错误率∈k值等于
51、进一步地，所述将连续的带宽分配变量通过贪婪算法约束为整数得到最终优化的带宽分配，具体包括如下步骤：
52、步骤4-1：令表示连续的带宽分配变量；初始化带宽分配为其中表示不比x大的最大整数值，表示比x大的最小整数值；
53、步骤4-2：如果则执行步骤4-3，否则结束；
54、步骤4-3：循环执行步骤4-3-1至步骤4-3-2，直至条件不满足，输出整数的带宽分配nk值等于
55、步骤4-3-1：对所有的用户设备1≤i≤k，计算当时的fα(rk)值，并令其为wk，计算当时的fα(rk)值，并令其为uk；
56、步骤4-3-2：找到用户设备j＝arg max1≤k≤kwk-uk，并设置
57、第二方面，本专利技术提供了一种用户设备，包括处理器及存储介质；
58、所述存储介质用于存储指令；
59、所述处理器用于根据所述指令进本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种有限块长下的用户公平短包通信方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的有限块长下的用户公平短包通信方法，其特征在于，所述有限块长下的用户公平短包通信优化问题模型为：
3.根据权利要求2所述的有限块长下的用户公平短包通信方法，其特征在于，将所建立的用户公平短包通信优化问题模型中的整数约束带宽分配变量松弛为连续变量，得到松弛问题P2为：
4.根据权利要求3所述的有限块长下的用户公平短包通信方法，其特征在于，所述将松弛问题分解为两个子问题，通过反复迭代优化两个子问题，得到连续的带宽分配变量，具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的有限块长下的用户公平短包通信方法，其特征在于，步骤3-2中通过连续凸逼近方法求解第一子问题P3，具体包括以下步骤：
6.根据权利要求4所述的有限块长下的用户公平短包通信方法，其特征在于，步骤3-3中通过凸优化方法求解第二子问题P4，具体包括以下步骤：
7.根据权利要求1所述的有限块长下的用户公平短包通信方法，其特征在于，所述将连续的带宽分配变量通过贪婪算法约束为整数得到
8.一种用户设备，其特征在于，包括处理器及存储介质；
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种有限块长下的用户公平短包通信方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的有限块长下的用户公平短包通信方法，其特征在于，所述有限块长下的用户公平短包通信优化问题模型为：
3.根据权利要求2所述的有限块长下的用户公平短包通信方法，其特征在于，将所建立的用户公平短包通信优化问题模型中的整数约束带宽分配变量松弛为连续变量，得到松弛问题p2为：
4.根据权利要求3所述的有限块长下的用户公平短包通信方法，其特征在于，所述将松弛问题分解为两个子问题，通过反复迭代优化两个子问题，得到连续的带宽分配变量，具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的有限块长下的用户公平短包通信方法，...
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