用于MISO无线网络的基站激活与用户接入联合控制方法与流程

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及用于MISO无线网络的基站激活与用户接入联合控制方法。

背景技术：

在MISO(多入单出)网络中，一个移动台可以同时接入多个基站，即：由多个基站同时为一个用户提供服务。

在预先给定了发射功率上限和用户服务质量的情况下，并不一定所有的用户都能够被接入到基站。现有技术通常是在要求所有用户均被接入的情况下选取可激活的基站集合，或者是已经确定可激活的基站集合的情况下，选取可以被接入的用户。这都不能同时兼顾接入用户的数量和基站激活的数量。

因此，需要有一种新的方法，能够在满足发射功率上限和用户服务质量的情况下能够接入尽可能多的用户，同时兼顾被激活以提供服务的基站数量。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供用于MISO无线网络的基站激活与用户接入联合控制方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的一个实施例提供了用于MISO无线网络的基站激活与用户接入联合控制方法，包括：参数设定步骤：设定MISO无线网络中各个用户和基站间的传输信道矢量用户m的服务质量阈值γ_m,m＝1,2,...,M，其中，M为用户的总数，K为基站的总数，设定噪声功率σ²；

矩阵/向量初始值设定步骤：设定基站的第一波束赋型矩阵 第二波束赋型矩阵V＝W、接入控制向量s＝[s₁,s₂,...,s_m]、接入控制矩阵辅助矩阵第一随机矩阵第二随机矩阵第三随机矩阵的初始值；其中，T表示每个基站的天线总数，diag(s)是以s的元素为对角元素的对角矩阵；H为下行信道矩阵，包含每一个基站与每一个用户之间的信道信息；I_M为阶数为M的单位矩阵；上标H表示共轭转置；

第一波束赋型矩阵更新步骤：按照如下公式对第一波束赋形矩阵进行更新：

其中，c为预先设定的惩罚常数，W^k为第一波束赋形矩阵W的第k个行块，V^k为V的第k个行块，Z^k为Z的第k个行块，为将Λ去掉最后M行后剩余部分所组成的子矩阵的第k个行块，为将U去掉最后M行后剩余部分所组成的子矩阵的第k个行块，λ₁表示基站被关闭的权重因子，||.||_F表示求Frobenius范数，为Λ_w的共轭转置；

第二波束赋型矩阵更新步骤：按照如下公式更新第二波束赋形矩阵：

其中，λ_v是传输功率限制的拉格朗日乘 子，

${\mathrm{\λ}}_v={\[\frac{1}{2}\sqrt{\frac{tr\left(\right(Z+cW){(Z+cW)}^H)}{\stackrel{\‾}{P}}}-\frac{c}{2}-1\]}^{+},$

[x]⁺＝max{x,0}，表示总功率预算；

接入控制矩阵更新步骤：按照如下公式更新接入控制矩阵：

$U=\frac{1}{c}{({\mathrm{HH}}^H+I)}^{-1}(c\[W;diag(s)\]+{\mathrm{H\Φ}}_u+{\mathrm{cHF}}_u-\mathrm{\Λ})$

其中，Φ_u表示将第三随机矩阵Φ去掉最后一列的剩余部分所组成的子矩阵，F_u表示将辅助矩阵F去掉最后一列的剩余部分所组成的子矩阵，即不需要噪声功率信息σ；

接入控制向量更新步骤：根据如下公式更新接入控制向量：

其中，λ₂为拒绝接入一个用户的惩罚因子，为接入控制矩阵U的最后M行所组成的子矩阵的第m个对角元，为第二随机矩阵Λ的最后M行所组成的子矩阵的第m个对角元；

辅助矩阵更新步骤：根据如下公式更新辅助矩阵F：

是F的第m个对角元素；是F中第m个行向量中的除去后剩余的元素组成的向量，f^m为辅助矩阵F的第m行的行向量；y^m是[H^HU,σ1]的第m行的行向量表示[H^HU,σ1]的第m个对角元素，表示第三随机矩阵Φ的第m个对角元素，表示[H^HU,σ1]中第m个行向量去掉后剩余的元素组成的向量，即对用户m来说的干扰和噪声部分，表示第三随机矩阵Φ中去掉后剩余的元素组成的向量，γ表示预先设定的用户服务质量QoS的最低值；

随机矩阵更新步骤：根据如下公式更新第一随机矩阵、第二随机矩阵和第三随机矩阵：

Z＝Z+c(W-V)

Λ＝Λ+c(U-[W；diag(s)])；

Φ＝Φ+c(F-[H^HU,σ1])

判决步骤：当完成对矩阵/向量初始值设定步骤中的所有矩阵/向量的一轮更新后，判断

||W-V||_F+||U-[W；diag(s)]||_F+||F-[H^HU,σ1]||_F≤ε是否成立，如果成立，则保存更新后的第一波束赋型矩阵W^*和接入控制向量s^*；否则，对矩阵/向量初始值设定步骤中的所有矩阵/向量进行新一轮更新，其中，ε为预先 设定的迭代终止门限；

基站与用户选择步骤：根据W^*的行稀疏项得到需要激活的基站集 根据s^*的稀疏项得出允许接入的用户集

本发明提供的用于MISO无线网络的基站激活与用户接入联合控制方法，能够在满足发射功率上限和用户服务质量的情况下接入尽可能多的用户，同时兼顾被激活的基站数量。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中在附图中，参考数字之后的字母标记指示多个相同的部件，当泛指这些部件时，将省略其最后的字母标记。在附图中：

图1为本发明的用于MISO无线网络的基站激活用户接入联合控制方法的一个实施例的流程图。

在附图中，使用相同或类似的标号来指代相同或类似的元素。

具体实施方式

现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。

参考图1，图1为本发明的用于MISO无线网络的基站激活用户接入 与联合控制方法100的一个实施例的流程图。方法100可以包含如下步骤101至110。

步骤101是参数设定步骤。

在该步骤中，可以设定MISO无线网络中各个用户和基站间的传输信道矢量设定各个基站接入服务用户m的服务质量阈值γ_m,m＝1,2,...,M。其中，M为用户的总数，K为基站的总数，设定噪声功率σ²；

步骤102是矩阵/向量初始值设定步骤。

在该步骤中，可以按照如下形式设定多个矩阵/向量：

可以设定基站的第一波束赋型矩阵第二波束赋型矩阵V＝W、接入控制向量s＝[s₁,s₂,...,s_m]、接入控制矩阵 辅助矩阵第一随机矩阵 第二随机矩阵第三随机矩阵的初始值。

其中，T表示每个基站的天线总数，diag(s)是以s的元素为对角元素的对角矩阵；H为下行信道矩阵，包含每一个基站与每一个用户之间的信道信息；I_M为阶数为M的单位矩阵。三个随机矩阵的元素值可以服从正态高斯分布。

步骤103是第一波束赋型矩阵更新步骤。

在该步骤中，可以按照如下公式对第一波束赋形矩阵进行更新：

其中，c为预先设定的惩罚常数，c的取值可以等于10。为 第一波束赋形矩阵W的第k个行块，其代表第k个基站对所有用户的传输波束；V^k为V的第k个行块，Z^k为Z的第k个行块，为将Λ去掉最后M行后剩余部分所组成的子矩阵的第k个行块，为将U去掉最后M行后剩余部分所组成的子矩阵的第k个行块，λ₁表示基站被关闭的权重因子，λ₁越大，基站越有可能被关闭，||.||_F表示求Frobenius范数，为Λ_w的共轭转置。

步骤104是第二波束赋型矩阵更新步骤。

在该步骤中，可以按照如下公式更新第二波束赋形矩阵：

$V=\frac{Z+cW}{2+2{\mathrm{\λ}}_v+c}$

其中，λ_v是传输功率限制的拉格朗日乘子，

${\mathrm{\λ}}_v={\[\frac{1}{2}\sqrt{\frac{tr\left(\right(Z+cW){(Z+cW)}^H)}{\stackrel{\‾}{P}}}-\frac{c}{2}-1\]}^{+},$

[x]⁺＝max{x,0}，表示总功率预算，即最大允许消耗的总能量值。

步骤105是接入控制矩阵更新步骤。

在该步骤中，可以按照如下公式更新接入控制矩阵：

$U=\frac{1}{c}{({\mathrm{HH}}^H+I)}^{-1}(c\[W;diag(s)\]+{\mathrm{H\Φ}}_u+{\mathrm{cHF}}_u-\mathrm{\Λ})$

其中，Φ_u表示将第三随机矩阵Φ去掉最后一列的剩余部分所组成的子矩阵，即：去掉噪声功率信息σ，F_u表示将辅助矩阵F去掉最后一列的剩余部分所组成的子矩阵，即：去掉噪声功率信息σ；

步骤106是接入控制向量更新步骤。

在本步骤中，可以根据如下公式更新接入控制向量：

其中，λ₂为拒绝接入一个用户的惩罚因子，为接入控制矩阵U的最后M行所组成的子矩阵的第m个对角元，为第二随机矩阵Λ的最后M行所组成的子矩阵的第m个对角元。

步骤107是辅助矩阵更新步骤。

可以根据如下公式更新辅助矩阵F：

其中，是F的第m个对角元素；是F中第m个行向量中的除去后剩余的元素组成的向量，f^m为辅助矩阵F的第m行的行向量；y^m是[H^HU,σ1]的第m行的行向量表示[H^HU,σ1]的第m个对角元素，表示第三随机矩阵Φ的第m个对角元素，表示[H^HU,σ1]中第m个行向量去掉后剩余的元素组成的向量，表示对用户m来说的干扰和噪声，表示第三随机矩阵Φ中去掉后剩余的元素组成的向量，γ表示预先设定的用户服务质量QoS的最低值。

步骤108是随机矩阵更新步骤。

可以根据如下公式更新第一随机矩阵、第二随机矩阵和第三随机矩阵：

Z＝Z+c(W-V)

Λ＝Λ+c(U-[W；diag(s)])。

Φ＝Φ+c(F-[H^HU,σ1])

需要说明的是：上述的步骤103至108，并不一定要顺序执行，也就是说，这些需要更新的矩阵和向量，可以按照任意地顺序去更新。

步骤109是判决步骤。

当完成对矩阵/向量初始值设定步骤中的所有矩阵/向量的一轮更新后，也就是说，当对步骤103至108执行完一轮以后，可以判断||W-V||_F+||U-[W；diag(s)]||_F+||F-[H^HU,σ1]||_F≤ε是否成立，如果成立，则保存更新后的第一波束赋型矩阵W^*和接入控制向量s^*；否则，对矩阵/向量初始值设定步骤中的所有矩阵/向量进行新一轮更新，即：再重复执行一次步骤103至108。

其中，ε为预先设定的迭代终止门限。

步骤110是基站与用户选择步骤。

在本步骤中，可以根据W^*的行稀疏项得到需要激活的基站集并根据s^*的稀疏项得出允许接入的用户集检查如果||W^k||_F＜1e^-4，那么就关闭基站k，否则将基站k放入集合检查如果s_m＜1e^-4，那么就接入用户m，将用户m放入集合否则拒绝接入用户m。

至此描述了根据本发明实施例的用于MISO无线网络的基站激活与用户接入联合控制方法，该方法能够在满足发射功率上限和用户服务质量的情况下接入尽可能多的用户，同时兼顾被激活的基站数量。