CN104869610B - 一种为多个移动台选取同一组接入基站簇的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种为多个移动台选取同一组接入基站簇的方法，包括：参数设定步骤：设定用于表示基站簇内的基站个数上限值的稀疏度参数、多个移动台中的每一个的发射功率上限值、多个移动台中的每一个与所有可选基站之间的传输信道矢量和多个移动台中的每一个的服务质量上限值和服务质量下限值；更新步骤：根据参数设定步骤中设定的参数值对多个移动台的虚拟下行波束赋形矩阵和虚拟噪声功率集合进行多轮更新，直至最近两轮更新得到的虚拟噪声功率集合之间的差异小于预先设定的第一门限值；以及选取步骤：将移动台接入到由最近一轮更新得到的虚拟下行波束赋形矩阵所指示的基站簇。

Description

一种为多个移动台选取同一组接入基站簇的方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种为多个移动台选取同一组接入基站簇的方法。

背景技术

在移动通信网络中，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移动台提供服务。这些同时为一个移动台提供服务的基站就组成了一个基站簇。

当移动台需要接入基站时，需要通过一定的方法决定将其接入到哪些基站所组成的基站簇。申请号为201410547339.3，公开号为104301968A的中国专利申请，公开了一种为移动台选取接入基站簇的方法。该方法主要可以解决的技术问题是在确保每一个移动台的服务质量(信干比)的情况下，为每一个移动台选取不同的接入基站簇。该方法采用的主要技术方案是在假定所有移动台的发射功率固定不变的前提下，直接在上行链路上计算接入控制矩阵。

上述现有方法存在的主要问题是：首先，实际情况中，移动台的发射功率不可能固定不变，其次，该方法未考虑移动台之间获得服务的公平性，处理的结果可能是某些移动台服务质量较好，而某些移动台服务质量较差。此外，各个移动***立选择接入的基站簇，可能导致最终所有的基站都必须处于工作状态，增加***管理的复杂度。当基站个数较多时，需要消耗大量的能源来维护这些基站的基本开销。

发明内容

本发明的目的在于提供一种为多个移动台选取同一组接入基站簇的方法。

本发明的一个实施例提供了一种为多个移动台选取同一组接入基站簇的方法，包括：参数设定步骤：设定用于表示基站簇内的基站个数上限值的稀疏度参数、多个移动台中的每一个的发射功率上限值、多个移动台中的每一个与所有可选基站之间的传输信道矢量和多个移动台中的每一个的服务质量上限值和服务质量下限值；更新步骤：根据参数设定步骤中设定的参数值对多个移动台的虚拟下行波束赋形矩阵和虚拟噪声功率集合进行多轮更新，直至最近两轮更新得到的虚拟噪声功率集合之间的差异小于预先设定的第一门限值；以及选取步骤：将移动台接入到由最近一轮更新得到的虚拟下行波束赋形矩阵所指示的基站簇。

本发明提供的为多个移动台选取同一组接入基站簇的方法，能够最大化多个移动台中的最小信干比，还能够可以根据实际网络需求，调整限制每个移动台的发送功率，进一步提高网络性能。

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为本发明的为多个移动台选取同一组接入基站簇方法的一个实施例的流程图；

图2为本发明方法中的更新步骤的一个实施例的流程图；

图3为图2中的步骤201的一个实施例的流程图；

图4为图2中的步骤202的一个实施例的流程图；

图5为本发明的为多个移动台选取同一组接入基站簇方法的另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为本发明的为多个移动台选取同一组接入基站簇方法100的一个实施例的流程图。方法100可以包含如下步骤101至103。

在步骤101中，设定用于表示基站簇内的基站个数上限值的稀疏度参数、多个移动台中的每一个的发射功率上限值、多个移动台中的每一个与所有可选基站之间的传输信道矢量和多个移动台中的每一个的服务质量上限值和服务质量下限值。

稀疏度参数α的大小可以反映基站簇内的基站个数的多少。假设移动台共有M个，可能被选取到的基站的个数共有K个，则每一个移动台的发射功率上限值可以表示为P_m,每一个移动台与所有可选基站之间的传输信道矢量可以表示为其维度为KT×1，其中，T为每个基站的天线数。每一个移动台的服务质量下限值和服务质量上限值可以分别用γ_L和γ_u来表示。

在本发明的一个实施例中，服务质量下限值的初始值服务质量上限值的初始值其中，σ²为噪声功率。

在步骤102中，根据步骤101中设定的参数值对多个移动台的虚拟下行波束赋形矩阵和虚拟噪声功率集合进行多轮更新，直至最近两轮更新得到的虚拟噪声功率集合之间的差异小于预先设定的第一门限值。

在本步骤中，可以基于单个用户在发送功率受限情况下的上下行链路的最大最小公平性问题具有对偶性的特点，将本来需要计算的上行链路问题转换成虚拟下行链路问题来求解。

在本发明的一个实施例中，虚拟下行波束赋形矩阵可以表示为：

其中，虚拟下行波束赋形矩阵W的维数为KT×M，K为可选取的基站的总数，T为每个基站的天线数，M为移动台的总数；列向量w_m的维数为KT×1，表示所有基站对移动台m的发射波束，列向量w_m可以表示成其中，列向量w_k,m的维数为T×1，表示第k个基站对移动台m的发射波束；行块矩阵W_k的维数为T×M，表示第k个基站对所有移动台的发射波束。

虚拟噪声功率集合可以表示为其中的θ_m是移动台m的虚拟噪声功率。

参考图2，图2为本发明方法中的更新步骤102的一个实施例的流程图。在本发明的一个实施例中，步骤102可以包括如下子步骤201至202。

在子步骤201中，保持虚拟噪声功率集合不变，对虚拟下行波束赋形矩阵进行多次更新。

当第一次执行子步骤201时，虚拟噪声功率集合中的值可以是初始化时设定的值，当后续循环执行子步骤201时，虚拟噪声功率集合中的值可以是上一次执行子步骤202时计算得到的虚拟噪声功率值。

在本发明的一个实施例中，参考图3，子步骤201可以进一步包括如下子步骤301至305。

在子步骤301中，根据服务质量上限值和服务质量下限值得到服务质量中间值。

在本发明的一个实施例中，服务质量中间值γ＝(γ_L+γ_u)/2。

在子步骤302中，根据服务质量中间值、虚拟噪声功率集合和传输信道矢量计算虚拟下行波束赋形矩阵。

在本发明的一个实施例中，子步骤302可以包含如下子步骤302-1至302-6：

在子步骤302-1中，设置并初始化：

第一辅助矩阵U^(l)＝W＝H；

第二辅助矩阵D^(l)＝[H^HU,t]；

对应于约束条件U＝W的拉格朗日矩阵乘数因子Ζ^(l)＝rand(K*T,M)；

对应于约束D＝[H^HU,t]条件的拉格朗日矩阵乘数因子Λ^(l)＝rand(M,M+1)，其中H＝[h₁,h₂,...,h_M]，W为虚拟下行波束赋形矩阵，l表示子步骤302-2被反复执行的次数。为虚拟噪声功率集合，T表示矩阵或向量的转置操作，rand(m,n)表示一个m×n维的随机矩阵，该随机矩阵中的每个元素的值可以是在0到1之间均匀分布的一个随机数。

在子步骤302-2中，根据如下公式对第一辅助矩阵进行更新：

其中， 表示由矩阵D^(l)的最右边一列所组成的向量，表示矩阵D^(l)中除开的剩余部分；表示由矩阵Λ^(l)的最右边一列所组成的向量，表示矩阵Λ^(l)中除开的剩余部分；参数c可以选取大于零的数。

若κ_U＝0时能够使得则κ_U的值取零；否则可以搜索κ_U的值，使得其中，Tr(.)表示求矩阵的迹。

在子步骤302-3中，对虚拟下行波束赋形矩阵W进行更新，虚拟下行波束赋形矩阵的第k个行块可以通过如下公式进行更新：

其中，β_k为基站k被选取入基站簇的权重,Z_k和U_k分别为矩阵Z和U的第k个行块，和W_k维度相同。其中，|| ||_F表示F范数。

在子步骤302-4中，通过如下公式对第二辅助矩阵D进行更新：

其中，d_m,-m表示第二辅助矩阵D的第m行中除去元素d_m,m后的剩下部分；y_m表示矩阵[H^HU^(l+1),t]的第m行，y_m,m表示矩阵[H^HU^(l+1),t]的第m行m列元素，y_m,-m是y_m中除去y_m,m后的剩下部分；Λ_m表示矩阵Λ的第m行，Λ_m,m表示矩阵Λ的第m行m列元素，Λ_m,-m是Λ_m中除去Λ_m,m后的剩下部分。

当时:μ_m＝0；

当时:

当时，d_m＝0，即矩阵D的第m行全为0；

其中，|| ||₂表示2范数。

在子步骤302-5中，更新Ζ^(l+1)＝Ζ^(l)+c(U^(l+1)-W^(l+1))和Λ^(l+1)＝Λ^(l)+c(D^(l+1)-[H^HU^(l+1),t])。

在子步骤302-6中，

当||U^(l+1)-U^(l)||_F+||W^(l+1)-W^(l)||_F+||D^(l+1)-D^(l)||_F+||Z^(l+1)-Z^(l)||_F+||Λ^(l+1)-Λ^(l)||_F≤a₁时，结束子步骤302并进入子步骤303，否则，返回子步骤302-2。其中，a₁为预先设定的终止门限。

需要强调的是，子步骤302-2到子步骤302-5之间的执行顺序可以任意调整，即：可以先执行这三个子步骤中的任意一个，再执行剩余两个子步骤中的任意一个，再执行剩余的最后一个。

在子步骤303中，根据计算得到虚拟下行波束赋形矩阵与稀疏度参数的比较结果来调整服务质量上限值和服务质量下限值。

在本发明的一个实施例中，可以通过如下规则对计算得到虚拟下行波束赋形矩阵与稀疏度参数进行比较：

若计算得到虚拟下行波束赋形矩阵W满足则令γ_L＝γ，否则令γ_u＝γ。即：将服务质量下限值γ_L的大小调整为等于服务质量中间值γ，或将服务质量上限值γ_u的大小调整为等于服务质量中间值γ。

在子步骤304中，根据调整后的服务质量上限值和调整后的服务质量下限值更新服务质量中间值。

在本发明的一个实施例中，可以用子步骤301中的公式来更新服务质量中间值。

在子步骤305中，当最近两次更新得到的服务质量中间值的差异小于预先设定的第二门限值时，输出虚拟下行波束赋形矩阵。

在本发明的一个实施例中，可以通过如下不等式判定最近两次更新得到的服务质量中间值的差异是否小于预先设定的第二门限值：

|γ^(t)-γ^(t-1)|＜δ₂

其中，δ₂表示预先设定的第二门限值，γ^(t)表示第t轮更新得到的服务质量中间值，γ^(t-1)表示第t-1轮更新得到的服务质量中间值，|.|表示求绝对值。

在本发明的一个实施例中，当最近两次更新得到的服务质量中间值的差异不小于预先设定的第二门限值时，可以返回子步骤301。

在子步骤202中，保持虚拟下行波束赋形矩阵不变，对虚拟噪声功率集合进行多次更新。

在本发明的一个实施例中，参考图4，子步骤202可以包含如下子步骤401至405。

在子步骤401中，根据服务质量上限值和服务质量下限值得到服务质量中间值。

在本发明的一个实施例中，服务质量中间值γ＝(γ_L+γ_u)/2。

在子步骤402中，根据服务质量中间值、虚拟下行波束赋形矩阵和传输信道矢量计算虚拟噪声功率集合。

在本发明的一个实施例中，可以通过如下公式计算虚拟噪声功率集合：

其中

θ_m为虚拟噪声功率集合中的第m个元素，即：第m个移动台的虚拟噪声功率，γ为服务质量中间值，w_m为虚拟下行波束赋形矩阵的第m个列块，h_m为第m个移动台的传输信道矢量，为h_m的共轭转置，M为多个移动台的总数。

在子步骤403中，根据计算得到虚拟噪声功率集合与发射功率上限值的比较结果来调整服务质量上限值和服务质量下限值。

在本发明的一个实施例中，可以通过如下规则来对虚拟噪声功率集合与发射功率上限值进行比较：

当时，将服务质量下限值的大小调整为等于服务质量中间值，否则，将服务质量上限值的大小调整为等于服务质量中间值；

其中，θ_m为虚拟噪声功率集合中的第m个元素，P_m为第m个移动台的发射功率上限值，M为多个移动台的总数。

在子步骤404中，根据调整后的服务质量上限值和调整后的服务质量下限值更新服务质量中间值。

在本发明的一个实施例中，可以用子步骤401中的公式来更新服务质量中间值。

在子步骤405中，当最近两次更新得到的服务质量中间值的差异小于预先设定的第三门限值时，输出虚拟噪声功率集合。

在本发明的一个实施例中，可以通过如下不等式判定最近两次更新得到的服务质量中间值的差异是否小于预先设定的第三门限值：

|γ^(t)-γ^(t-1)|＜δ₃

其中，δ₃表示预先设定的第三门限值，γ^(t)表示第t轮更新得到的服务质量中间值，γ^(t-1)表示第t-1轮更新得到的服务质量中间值，|.|表示求绝对值。

需要说明的是，可以多次循环执行上述的子步骤201至202，每次执行完后，可以判断最近两轮更新得到的虚拟噪声功率集合之间的差异是否小于预先设定的第一门限值。具体来说，可以判断如下不等式是否成立：

其中，τ表示预先设定的第一门限值，表示第n轮更新得到的第m个移动台的虚拟噪声功率，表示第n-1轮更新得到的第m个移动台的虚拟噪声功率。

如果该不等式成立，则输出虚拟下行波束赋形矩阵并结束步骤102，否则，重复执行步骤102，即：重复循环执行子步骤201至子步骤202。

需要强调的是，子步骤201和子步骤202的执行顺序可以交换，即：可以先执行子步骤201，再执行子步骤202；也可以先执行子步骤202，再执行子步骤201。

在步骤103中，将移动台接入到由最近一轮更新得到的虚拟下行波束赋形矩阵所指示的基站簇。

当最近两轮更新得到的虚拟噪声功率集合之间的差异小于预先设定的第一门限值时，步骤102将输出最近一轮更新得到的虚拟下行波束赋形矩阵。在本发明的一个实施例中，可以将移动台接入到该矩阵中的非零行块所对应的基站。

至此描述了根据本发明的为多个移动台选取同一组接入基站簇方法的一个实施例100，该方法能够为多个移动台选取同一组接入基站簇，并能够最大化多个移动台中的最小信干比。

参考图5，图5所示为本发明的为多个移动台选取同一组接入基站簇方法的另一个实施例500。实施例500可以包含步骤501至504，其中的步骤501至503与上述的步骤101至103类似，这里不再赘述。

在步骤504中，在去除稀疏度参数的限制的情况下，计算移动台的上行波束赋形和发射功率。

在本发明的一个实施例中，步骤504可以包含如下子步骤504-1至504-6。

在子步骤504-1中，计算上行波束赋形矢量

其中，表示第i次执行子步骤504-1时得到的移动台m的上行波束赋形矢量，σ²为噪声功率，I为单位矩阵，M为移动台的总数，表示第i-1次执行子步骤504-3时得到的第n个移动台的发射功率，表示第n个移动台与被选中的为其提供接入服务的基站之间的信道信息，表示的共轭转置，(.)^-1表示求逆矩阵。

在子步骤504-2中，计算信干比的初始值：

在子步骤504-3中，计算移动台的发射功率和信干比：

对移动台m，可以先通过公式计算其发射功率然后可以通过公式调整其发射功率。

信干比

其中，表示第j次执行子步骤504-3时得到的移动台m的发射功率，表示第j次执行子步骤504-3时得到的移动台m的信干比。

在子步骤504-4中，如果则进入子步骤504-5，否则返回子步骤504-3，其中a₂为预先设定的终止门限。

在子步骤504-5中，更新进入步骤504-6.

在子步骤504-6中，如果|γ⁽ⁱ⁾-γ^(i-1)|＜a₃，则输出移动台的上行波束赋形和发射功率否则返回子步骤504-1，其中a₃为预先设定的终止门限。

至此描述了本发明的为多个移动台选取同一组接入基站簇方法另一实施例500，在实施例100基础上，实施例500还能够调整限制每个移动台的发送功率，并优化每个移动台的上行波束赋形。

Claims (8)

1.一种为多个移动台选取同一组接入基站簇的方法，其特征是，包括：

参数设定步骤：设定用于表示所述基站簇内的基站个数上限值的稀疏度参数、所述多个移动台中的每一个的发射功率上限值、所述多个移动台中的每一个与所有可选基站之间的传输信道矢量和所述多个移动台中的每一个的服务质量上限值和服务质量下限值；

更新步骤：根据所述参数设定步骤中设定的参数值对所述多个移动台的虚拟下行波束赋形矩阵和虚拟噪声功率集合进行多轮更新，直至最近两轮更新得到的所述虚拟噪声功率集合之间的差异小于预先设定的第一门限值；以及

选取步骤：将所述移动台接入到由最近一轮更新得到的所述虚拟下行波束赋形矩阵所指示的基站簇。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述更新步骤进一步包括：

保持所述虚拟噪声功率集合不变，对所述虚拟下行波束赋形矩阵进行多次更新；以及

保持所述虚拟下行波束赋形矩阵不变，对所述虚拟噪声功率集合进行多次更新。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述保持所述虚拟噪声功率集合不变，对所述虚拟下行波束赋形矩阵进行多次更新的步骤进一步包括：

根据所述服务质量上限值和所述服务质量下限值得到服务质量中间值；

根据所述服务质量中间值、所述虚拟噪声功率集合和所述传输信道矢量计算所述虚拟下行波束赋形矩阵；

根据计算得到所述虚拟下行波束赋形矩阵与所述稀疏度参数的比较结果来调整所述服务质量上限值和所述服务质量下限值；

根据调整后的服务质量上限值和调整后的服务质量下限值更新服务质量中间值；以及

当最近两次更新得到的服务质量中间值的差异小于预先设定的第二门限值时，输出所述虚拟下行波束赋形矩阵。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述根据计算得到所述虚拟下行波束赋形矩阵与所述稀疏度参数的比较结果来调整所述服务质量上限值和所述服务质量下限值的步骤进一步包括：

当时，将服务质量下限值的大小调整为等于服务质量中间值，否则，将服务质量上限值的大小调整为等于服务质量中间值；

其中，α为所述稀疏度参数，w_k为所述虚拟下行波束赋形矩阵中的第k个行块，K为可选基站的总数，β_k为第k个被选取的权重。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述保持所述虚拟下行波束赋形矩阵不变，对所述虚拟噪声功率集合进行多次更新的步骤进一步包括：

根据所述服务质量上限值和所述服务质量下限值得到服务质量中间值；

根据所述服务质量中间值、所述虚拟下行波束赋形矩阵和所述传输信道矢量计算所述虚拟噪声功率集合；

根据计算得到所述虚拟噪声功率集合与所述发射功率上限值的比较结果来调整所述服务质量上限值和所述服务质量下限值；

根据调整后的服务质量上限值和调整后的服务质量下限值更新服务质量中间值；以及

当最近两次更新得到的服务质量中间值的差异小于预先设定的第三门限值时，输出所述虚拟噪声功率集合。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述根据所述服务质量中间值、所述虚拟下行波束赋形矩阵和所述传输信道矢量计算所述虚拟噪声功率集合的步骤进一步包括：

根据计算所述虚拟噪声功率集合；

其中

θ_m为所述虚拟噪声功率集合中的第m个元素，γ为所述服务质量中间值，w_m为所述虚拟下行波束赋形矩阵的第m个列块，h_m为第m个移动台的传输信道矢量，为h_m的共轭转置，M为所述多个移动台的总数，w_n为所述虚拟下行波束赋形矩阵的第n个列块，H表示共轭转置。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述根据计算得到所述虚拟噪声功率集合与所述发射功率上限值的比较结果来调整所述服务质量上限值和所述服务质量下限值的步骤进一步包括：

当时，将服务质量下限值的大小调整为等于服务质量中间值，否则，将服务质量上限值的大小调整为等于服务质量中间值；

其中，θ_m为所述虚拟噪声功率集合中的第m个元素，P_m为第m个移动台的发射功率上限值，M为所述多个移动台的总数。

8.根据权利要求1-7中的任一项所述的方法，其特征是，还包括：

在去除所述稀疏度参数的限制的情况下，计算所述移动台的上行波束赋形和发射功率。