1.一种毫米波蜂窝网下基于BFT的无线接入方法,其特征在于采用三层BFT机制,实现MBS与周围SBSs的BFT、每个SBS与其周围APs的BFT,以及每个AP与其周围UEs的BFT;
所述的MBS与周围SBSs的BFT,具体包括如下步骤:A1.发送训练请求阶段:MBS同时在对应的所有波束中发送训练请求信标帧,以开始MBS和SBS之间的训练过程;
B1.等待训练响应阶段:每个接收到训练请求信标帧的SBS随机选择一个响应时隙,从而同时在对应的所有波束中发送训练响应信标帧;
C1.处理响应冲突阶段:判断是否发生了响应冲突:若未发生响应信标帧冲突,则本步骤完成;
若发生了响应信标帧冲突,则MBS在存在冲突事件的波束中同时重传训练请求信标帧;
同时在重发的训练请求信标帧中,响应时隙的数量增加一倍,从而减少冲突概率;
D1.公布训练结果阶段:MBS利用成功发送了训练响应信标帧的SBS信息,通过对应的训练响应信标帧信息来估计最佳波束,并通过发送“公布训练结果帧”来公布估计的最佳波束;
所述的SBS与其周围APs的BFT,具体包括如下步骤:A2.发送训练请求阶段:SBS同时在对应的所有波束中发送训练请求信标帧,以开始SBS和AP之间的训练过程;
B2.等待训练响应阶段:每个接收到训练请求信标帧的AP随机选择一个响应时隙,从而同时在对应的所有波束中发送训练响应信标帧;
C2.处理响应冲突阶段:判断是否发生了响应冲突:若未发生响应信标帧冲突,则本步骤完成;
若发生了响应信标帧冲突,则SBS在存在冲突事件的波束中同时重传训练请求信标帧;
同时在重发的训练请求信标帧中,响应时隙的数量增加一倍,从而减少冲突概率;
D2.SBS将自身接收到的来自AP的响应信标帧进行分析并得到待公布结果;将待公布结果发送到MBS;
E2.MBS根据接收到的所有SBS的待公布结果,比较分析并确定每个SBS应该关联的AP,并将结果反馈给每个SBS;
F2.公布训练结果阶段:SBS根据接收到的自身所关联的AP信息,通过对应的训练响应信标帧信息来估计最佳波束,并通过发送“公布训练结果帧”来公布估计的最佳波束;
所述的AP与其周围UEs的BFT,具体包括如下步骤:A3.发送训练请求阶段:AP同时在对应的所有波束中发送训练请求信标帧,以开始AP和UE之间的训练过程;
B3.等待训练响应阶段:每个接收到训练请求信标帧的UE随机选择一个响应时隙,从而同时在对应的所有波束中发送训练响应信标帧;
C3.处理响应冲突阶段:判断是否发生了响应冲突:若未发生响应信标帧冲突,则本步骤完成;
若发生了响应信标帧冲突,则AP在存在冲突事件的波束中同时重传训练请求信标帧;
同时在重发的训练请求信标帧中,响应时隙的数量增加一倍,从而减少冲突概率;
D3.AP将自身接收到的来自UE的响应信标帧进行分析并得到待公布结果;将待公布结果发送到自身相关联的SBS;
E3.SBS根据接收到的所有AP的待公布结果,比较分析并确定每个AP应该关联的UE,并将结果反馈给每个AP;
F3.公布训练结果阶段:AP根据接收到的自身所关联的UE信息,通过对应的训练响应信标帧信息来估计最佳波束,并通过发送“公布训练结果帧”来公布估计的最佳波束;
具体实施时,所述的毫米波蜂窝网下基于BFT的无线接入方法,具体为对如下模型进行求解,从而得到最终的无线接入结果:式中 为J个UE的集合 为K个AP的集合X为波束选择矩阵;P为波束采用的发射功率矩阵;A为波束宽度矩阵;rj,k为第k个AP与第j个UE形成的链路的吞吐量,且rj,k=xj,kBlog2(1+γj,k);
xj,k为二进制关联变量,且若UEj连接到APk则xj,k=1,否则xj,k=0;B为毫米波束的带宽;
γj,k为k号AP与j号UE形成链路的干扰信噪比;nbeam为每个SBS、AP或UE可以并发使用的波束数; 为k号AP向j号UE定向波束发射的功率; 为k号AP的最大传输功率;θmax为波束宽度的最大值;θmin为波束宽度的最小值; 为k号AP与j号UE形成链路的发射角; 为k号AP与j号UE形成链路的接收角。
2.根据权利要求1所述的毫米波蜂窝网下基于BFT的无线接入方法,其特征在于对模型进行优化,从而得到如下优化模型:式中 为k号AP的候选UE的集合; 为K个AP的集合X为波束选择矩阵;P为波束采用的发射功率矩阵;A为波束宽度矩阵;rj,k为第k个AP与第j个UE形成的链路的吞吐量,且rj,k=xj,kBlog2(1+γj,k);xj,k为二进制关联变量,且若UEj连接到APk则xj,k=1,否则xj,k=0;B为毫米波束的带宽;γj,k为k号AP与j号UE形成链路的干扰信噪比;nbeam为每个SBS、AP或UE可以并发使用的波束数; 为k号AP向j号UE定向波束发射的功率; 为k号AP的最大传输功率;θmax为波束宽度的最大值;θmin为波束宽度的最小值; 为k号AP与j号UE形成链路的发射角; 为k号AP与j号UE形成链路的接收角。
3.根据权利要求2所述的毫米波蜂窝网下基于BFT的无线接入方法,其特征在于采用如下步骤对优化模型进行求解,从而得到最终的无线接入结果:a.建立映射sm←ej,k,并将sm按降序排列得到 其中ej,k为k号AP与j号UE之间的能效; Card()表示集合中元素的数量; 表示所有AP关联的所有UE的集合;
b.固定初始化完成后的波束采用的发射功率矩阵P和波束宽度矩阵A,按照集合 的链路顺序来选择链路加入通信网络中,进行如下判定,直至所有链路均选择完成,本轮优化完*
成,得到优化完成的波束选择矩阵X;
若新加入链路后,通信网络的整体吞吐量提升,则选择将该链路加入通信网络中;若新加入链路后,通信网络的整体吞吐量未提升,则不选择将该链路加入通信网络中;
*
c.利用优化完成后的波束选择矩阵X 、以及待优化的发射功率矩阵P和波束宽度矩阵A,重新将对应的更新后的sn按降序排列得到 其中 表示已加入通信网的链路数;
*
d.固定优化完成后的波束选择矩阵X 和波束宽度矩阵A,按照集合 的链路顺序来依次调整链路发射功率,并进行如下判定,直至所有链路均优化完成,本轮优化完成,得到优*
化完成的发射功率矩阵P;
若减少发射功率后,网络整体吐吞量提升,则继续减少该链路发射功率值;若减少发射功率后,网络整体吐吞量未提升,则停止该链路的功率优化,并继续选择下一条链路进行优化;
* *
e.利用优化完成后的波束选择矩阵X、优化完成的发射功率矩阵P 和波束宽度矩阵A,重新将对应的更新后的so按降序排列得到 其中 表示已加入通信网的链路数;
* *
f.固定优化完成后的波束选择矩阵X 和优化完成的发射功率矩阵P ,按照集合 的链路顺序来依次调整链路波束宽度,根据设置的下降步长逐次减少链路波宽,并进行如下判*
断,直至所有链路均优化完成,本轮优化完成,得到优化完成的波束宽度矩阵A;
若减少波束宽度后,网络整体吞吐量提升,则继续减少波宽直至链路波宽最小值;若减少波束宽度后,网络整体吞吐量未提升,则停止本链路的波宽优化,继续选择下一条链路进行优化。
4.根据权利要求3所述的毫米波蜂窝网下基于BFT的无线接入方法,其特征在于所述的毫米波蜂窝网下基于BFT的无线接入方法,具体为采用如下步骤进行计算求解:输入:输入APs的最大发射功率集合 最大波束宽度θmax,最小波束宽度θmin;
* *
输出:已选择的波束选择矩阵X ,对应选择波束的优化后发射功率矩阵P与优化后的波*
束宽度矩阵A;
步骤1.1:计算欲接入网络的UE数量步骤1.2:从已完成的BFT阶段获取能效值集合步骤1.3:初始化每个AP在每个波束上的发射功率集合P为步骤1.4:初始化波束宽度集合A为{θ1=θmax,...,θn=θmax,...,θN=θmax};
步骤1.5:初始化波束选择集合X为{x1=0,…,xm=0,…,xM=0};
步骤1.6:按降序方式排序单条链路能效值集合 并依次存储进 中,建立映射sm←ej,k;
步骤1.7:设置优先级计数变量m为1,计算整个网络的吞吐量并将波束选择变量xm置为1;
步骤1.8:判断m是否小于M:如果是,则进入步骤1.9,否则进入步骤1.13;
步骤1.9:将优先级计数变量m的值增1后,计算整个网络的吞吐量步骤1.10:判断加入新链路后整个网络的吞吐量Rm是否提升:若是,则进入步骤1.11;否则进入步骤1.12;
步骤1.11:将波束选择变量xm置1后,进入步骤1.13;
步骤1.12:将波束选择变量xm置0后,进入步骤1.8;
步骤1.13:将已经选择的波束集合{x1,…,xm,…,xM}更新到X*;
步骤1.14:计算加入网络中的链路数步骤1.15:利用X*与P和A更新链路能效值集合步骤1.16:按降序方式排序链路能效值集合 并依次存储进 中,建立映射sn←ej,k;
步骤1.17:设置AP的每条链路上的最大发射功率 以及最小发射率利用P中的发射功率值来初始化集合{q1,...,qn,...,qN};
步骤1.18:优化AP的每条链路发射功率集合{q1,...,qn,...,qN};
步骤1.19:将已经优化完成后的AP的每条链路发射功率集合{q1,...,qn,...,qN}更新到P*;
步骤1.20:利用X*和P*与A更新链路能效值集合步骤1.21:按降序方式排序链路能效值集合 并依次存储进 中,建立映射so←ej,k;
步骤1.22:设置最大波束宽度max=θmax,最小波束宽min=θmin,利用集合A中的初始化波束宽度来初始化集合{q1,...,qn,...,qN};
步骤1.23:优化波束宽度集合{q1,...,qn,...,qN};
步骤1.24:将已经优化完成后的波束宽度集合{q1,...,qn,...,qN}更新到A*。
5.根据权利要求4所述的毫米波蜂窝网下基于BFT的无线接入方法,其特征在于步骤
1.18所述的优化AP的每条链路发射功率集合{q1,...,qn,...,qN},和步骤1.23所述的优化波束宽度集合{q1,...,qn,...,qN},均采用如下步骤进行优化:输入:AP的每条链路发射功率或波束宽度的最大值max,AP的每条链路发射功率或波束宽度的最小值min;
输出:优化完成后的AP的每条链路发射功率或波束宽度集合{q1,...,qn,...,qN};
步骤2.1:设置优先级计数变量n为1,计算整个网络的吞吐量并将qn值置为max;
步骤2.2:判断n是否小于N:如果是,则进入步骤2.3,否则进入步骤2.8;
步骤2.3:将优先级计数变量n的值增1;
步骤2.4:根据下降步长减少qn的值;
步骤2.5:计算整个网络吞吐量步骤2.6:判断按下降步长减少相应值的qn是否仍能提升整个网络的吞吐量Rn:若是,则进入步骤2.7;否则进入步骤2.2;
步骤2.7:判断qn是否大于min:如果是,则进入步骤2.4,否则进入步骤2.2;
步骤2.8:算法结束。
6.一种包括权利要求1~5之一所述的毫米波蜂窝网下基于BFT的无线接入方法的通信方法,其特征在于MBS、SBS、AP和UE按照所述的毫米波蜂窝网下基于BFT的无线接入方法的计算结果进行通信,从而完成MBS、SBS、AP和UE之间的通信。