1.下行MISO网络中接入控制和波束赋形的联合优化方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:初始化下行MISO网络中外层参数和配置;
S2:根据外层参数和配置,通过赋值计算外层当前用户接入状态指示量矩阵;
S3:根据外层参数和配置,计算外层下一代用户接入状态指示量矩阵和外层下一代波束赋形矩阵;
S4:根据外层当前用户接入状态指示量矩阵、外层下一代用户接入状态指示量矩阵以及外层迭代次数指示量判断是否符合要求,若是则输出外层下一代用户接入状态指示量矩阵和外层下一代波束赋形矩阵,实现波束赋形的联合优化,否则进入步骤S2;
所述步骤S1中,初始化下行MISO网络中外层参数和配置包括:设定发射端天线数、下行用户数以及划分时隙数;
初始化波束赋形矩阵、信道矩阵、用户接入状态指示量矩阵、拒绝用户开销的控制量、链路切换开销的控制量、用户链路最低信噪比、映射函数调节量、外层迭代次数指示量、外层最大迭代次数以及外层迭代前后目标值的最小差值;
对下一代用户接入状态指示量矩阵和外层迭代次数指示量进行赋零初值;
所述步骤S2中,通过赋值计算并保存用户的外层当前用户接入状态指示量矩阵的计算公式为:
i i+1
S=S
i i+1
式中,S 为外层当前用户接入状态指示量矩阵;S 为外层下一代用户接入状态指示量矩阵,i为外层迭代次数指示量;
所述步骤S3中,计算用户的外层下一代用户接入状态指示量矩阵和其对应的外层下一代波束赋形矩阵的方法,包括如下步骤:S3‑1:引入辅助变量和中间参量;
S3‑2:初始化内层参数;
S3‑3:更新当前目标函数值,更新公式为:k k+1
Lp=Lp
k k+1
式中,Lp为当前目标函数值;Lp 为下一代目标函数值;k为内层迭代次数指示量;
S3‑4:根据辅助变量和中间参量计算内层下一代波束赋形矩阵和内层下一代用户接入状态指示量矩阵,并更新辅助变量和中间参量;
S3‑5:计算下一代目标函数值,更新内层迭代参数,并根据下一代目标函数值、当前目标函数值以及内层迭代次数指示量判断是否符合要求,若是则进入步骤S3‑6,否则进入步骤S3‑3;
判断公式为:
k+1 k
式中,Lp 为下一代目标函数值;Lp 为当前目标函数值;k为内层迭代次数指示量;K为内层最大迭代次数;err2为内层迭代前后目标值的最小差值;
S3‑6:将内层下一代波束赋形矩阵以及内层下一代用户接入状态指示量矩阵作为外层下一代波束赋形矩阵以及外层下一代用户接入状态指示量矩阵输出,并更新外层迭代次参数,计算公式为:
i+1 k+1 i+1
式中,W 为外层下一代波束赋形矩阵;W 为内层下一代波束赋形矩阵;S 为外层下k+1
一代用户接入状态指示量矩阵;S 为内层下一代当前用户接入状态指示量矩阵;i为外层迭代次数指示量;k为内层迭代次数指示量;
所述步骤S4中,判断公式为:i+1 i
式中,S 为外层下一代用户接入状态指示量矩阵;S为外层当前用户接入状态指示量矩阵;err1为外层迭代前后目标值的最小差值;i为外层迭代次数指示量;imax为外层最大迭代次数。
2.根据权利要求1所述的下行MISO网络中接入控制和波束赋形的联合优化方法,其特征在于,所述步骤S3‑2中,初始化内层参数包括:设定内层迭代次数指示量、内层最大迭代次数、下一代目标函数值、内层迭代前后目标值的最小差值以及收敛速率控制量,对内层迭代次数指示量和下一代目标函数值进行赋零初值。
3.根据权利要求2所述的下行MISO网络中接入控制和波束赋形的联合优化方法,其特征在于,所述步骤S3‑4中,计算内层下一代波束赋形矩阵和内层下一代用户接入状态指示量矩阵,并更新辅助变量和中间参量,包括如下步骤:S3‑4‑1:根据当前辅助变量和当前中间参量计算内层下一代波束赋形矩阵,计算公式为:
k+1
式中,W 为内层下一代波束赋形矩阵; 为用户m在时隙t的内层下一代波束赋形向量;t为当前时隙;T为最大时隙数;m为当前下行用户;M为最大下行用户数;k为内层迭代k+1
次数指示量;W (t)为各时隙内层下一代波束赋形矩阵;
各时隙内层下一代波束赋形矩阵的计算公式为:k+1
式中,W (t)为在时隙t的内层下一代波束赋形矩阵;H(t)为信道矩阵;H+(t)为信道矩k k
阵的Hermitian转置矩阵; 为F (t)去掉最后一列的左子矩阵; 为中间参量∑(t)去掉最后一列的左子矩阵;δ(t)是满足约束条件的参量;ρ为收敛速率控制量;t为当前时隙;T为最大时隙数;k为内层迭代次数指示量;
S3‑4‑2:更新辅助变量,更新公式为:式中, 为用户m在时隙t的辅助变量; 是用户m在时隙t的满足约束条件的参量; 为用户m在时隙t的当前中间参量;κ为映射函数调节量; 为用户m在时隙t的内层当前接入控制状态; 为用户m在时隙t+1的内层当前接入状态值; 为上一次外层迭代结束时用户m在时隙t的接入控制状态值,即ρ为收敛速率控制量; 为未知量和1两者之间的最大值;root{.}为求方程的根;
式中, 为用户m在时隙t的辅助变量; 是用户m在时隙t的满足约束条件的参量; 为用户m在时隙t的中间参量;为映射函数调节量; 为用户m在时隙t+1的内层当前接入状态值; 为上一次外层迭代结束时用户m在时隙t+1的接入控制状态值;即 ρ为收敛速率控制量; 为未知量和1两者之间的最大值;root{.}为求方程的根;
辅助变量的计算公式为:
式中, 为用户m在时隙t的下一代辅助变量; 为用户m在时隙t的当前中间参量;λ2为链路切换开销的控制量;ρ为收敛速率控制量;
S3‑4‑3:根据更新后的辅助变量和当前中间参量计算内层下一代用户接入状态量矩阵,计算公式为:
k+1
式中,S 为内层下一代用户接入状态指示量矩阵; 为内层下一代用户m的接入控制状态量;t为当前时隙;T为最大时隙数;m为当前下行用户;M为最大下行用户数;k为内层迭代次数指示量;
内层下一代用户m的接入控制状态量的计算公式为:式中, 为用户m在时隙t的内层下一代接入控制状态量; 为+
根据辅助变量和中间参量计算得到的用户m在时隙t的中间变量;ρ为收敛速率控制量;[.]为未知量和0两者之间的最大值;
S3‑4‑4:更新中间参量,更新公式为:k+1 k+1 k+1 k+1 k+1 k+1 k+1式中,∑ (t)、θ (t)、φ (t)、α (t)、β (t)、ε (t)、η (t)为下一代中间参量即k k k k k k k k+1更新后的中间参量;∑(t)、θ(t)、φ (t)、α(t)、β(t)、ε(t)、η(t)为当前中间参量;Fk+1
(t)为辅助变量F(t)的下一代矩阵;W (t)为在时隙t的内层下一代波束赋形矩阵;σ1为构建的元素均为σ的列向量,σ为高斯噪声的标准差;
为用户m在时隙t的下一代辅助变量; 为用户m在时隙t和时隙t+1的内层下一代接入控制状态;
为上一次外层迭代结束时用户m在时隙t和时隙t+1的接入控制状态;ρ为收敛速率控制量;κ为映射函数调节量;m为当前用户,t为当前时隙。