CN114614963A - 交替优化迭代用户组选择方法、电子设备及存储介质 - Google Patents

交替优化迭代用户组选择方法、电子设备及存储介质 Download PDF

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CN114614963A CN202210257045.1A CN202210257045A CN114614963A CN 114614963 A CN114614963 A CN 114614963A CN 202210257045 A CN202210257045 A CN 202210257045A CN 114614963 A CN114614963 A CN 114614963A
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    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
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Abstract

本申请涉及一种交替优化迭代用户组选择方法、电子设备以及存储介质，方法包括：根据用户的信道的分布信息对用户进行分组，并获取分组数量M；选择第一个用户组
Figure DDA0003548805580000011
通过第一预设方式对第一个用户组
Figure DDA0003548805580000015
进行赋值；随机从[M]:＝{1,...,M}中选择用户组以初始化选择用户结果集合W，W中包括第一个用户组
Figure DDA0003548805580000012
初始化数组Pout，并将数值1赋值给数值Pout(0)；根据预设公式计算中断概率
Figure DDA0003548805580000013
并将
Figure DDA0003548805580000014
赋值给数值Pout(1)；将数值1赋值给循环指针i；根据循环指针i获取数组Pout中中断概率Pout(i)与Pout(i‑1)差值的绝对值，根据获取的差值绝对值与阈值之间的关系决定是否还需要进行迭代；通过迭代获取目标用户组w*。上述方法复杂度小，且稳定。

Description

交替优化迭代用户组选择方法、电子设备及存储介质
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种交替优化迭代用户组选择方法、电子设备及存储介质。
背景技术
对于一个多用户通信系统，理论上可以实现最优用户选择策略以最大化总传输速率的方法是穷尽搜索法，然而该方法的复杂度为指数级，在实际应用中通常无法接收过高的通信时延，故穷尽搜索法难以应用于实际系统中。现有的低复杂度多用户接入策略通常分为正交与非正交两类。正交用户接入策略主要包含两种，一种是机会主义的用户接入策略，即在众多用户中选择通信条件最好的用户进行接入；另一种则是基于时分复用(TDMA)接入策略，即各个用户依次轮流接入，每次接入时间片长度相同。然而以上两种用户调度方式共同的缺陷在于一个时隙中仅有一个用户可以接入，导致系统的频谱效率较低。非正交用户接入策略通常采用的是基于非正交多址接入(NOMA)，然而目前基于NOMA的用户接入策略聚焦于下行链路，且没有将重点放在用户的选择上。此外，在用户数量较多的场景下，基站端难以准确获取所有用户与基站之间信道的瞬时状态信息(CSI)，通常只能获取信道的分布信息(CDI)，加大了对用户选择的难度。因此，基于CDI的复杂度低且高效的通信系统上行链路的多用户接入方法亟待研究开发。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种交替优化迭代用户组选择方法、电子设备及存储介质。
第一方面，本申请提供了一种交替优化迭代用户组选择方法，所述交替优化迭代用户组选择方法，包括：根据用户的信道的分布信息对用户进行分组，并获取分组数量M；选择第一个用户组
Figure BDA0003548805560000011
通过第一预设方式对第一个用户组
Figure BDA0003548805560000012
进行赋值；随机从[M]:＝{1,*,M}中选择用户组以初始化选择用户结果集合W，W中包括第一个用户组
Figure BDA0003548805560000013
初始化数组Pout，并将数值1赋值给数值Pout(0)；根据预设公式计算中断概率
Figure BDA0003548805560000014
并将
Figure BDA0003548805560000015
赋值给数值Pout(1)；将数值1赋值给循环指针i；根据循环指针i获取数组Pout中中断概率Pout(i)与Pout(i-1)差值的绝对值，根据获取的差值绝对值与阈值之间的关系决定是否还需要进行迭代；通过迭代获取目标用户组w*。
可选地，根据用户的信道的分布信息对用户进行分组，并获取分组数量M，包括：对于任意两个用户(i,j)∈[N]2，如果他们与基站之间的衰落系数(hi,hj)分布相同，则他们在一组里。
可选地，选择第一个用户组
Figure BDA0003548805560000021
通过第一预设方式对第一个用户组
Figure BDA0003548805560000022
进行赋值，包括：执行
Figure BDA0003548805560000023
其中，
Figure BDA0003548805560000024
P1为用户的发送功率；
Figure BDA0003548805560000025
为用户的信道的分布信息CDI，其中，对于第k组用户Mk中的某个用户j，
Figure BDA0003548805560000026
为CN瑞利分布。
可选地，随机从[M]:＝{1,…,M}中选择用户组以初始化选择用户结果集合W，W中包括第一个用户组
Figure BDA0003548805560000027
包括：执行
Figure BDA0003548805560000028
其中
Figure BDA0003548805560000029
为随机选择的用户组。
可选地，根据预设公式计算中断概率
Figure BDA00035488055600000210
并将
Figure BDA00035488055600000211
赋值给数值Pout(1)，包括：预设公式为：
Figure BDA00035488055600000212
其中，对于任意k∈[2,K-1]，
Figure BDA00035488055600000213
A1＝1，
Figure BDA00035488055600000214
Rtarget是目标传输速率。
可选地，通过迭代获取目标用户组w*，包括：为循环指针k赋初值2；执行
Figure BDA00035488055600000215
计算
Figure BDA00035488055600000216
的零点
Figure BDA00035488055600000217
其中，
Figure BDA00035488055600000218
Dk,k＝γtargetBk-1；
Figure BDA00035488055600000219
Figure BDA00035488055600000220
执行
Figure BDA00035488055600000221
执行
Figure BDA00035488055600000222
根据当前的W更新{Bj}j∈[k:K]的值；执行k←k+1。若此时k≠K，则执行S22；否则执行S28。执行
Figure BDA00035488055600000223
执行
Figure BDA00035488055600000224
执行
Figure BDA0003548805560000031
执行i←i+1；根据权利要求5中预设公式计算Pout(i)。更新Bj(j∈[K])的值。执行S107。
第二方面，提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现第一方面任一项实施例所述的方法的步骤。
第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一项实施例所述的方法的步骤。
本申请实施例提供的该方法，交替优化迭代用户组选择方法，所述交替优化迭代用户组选择方法，包括：根据用户的信道的分布信息对用户进行分组，并获取分组数量M；选择第一个用户组
Figure BDA0003548805560000032
通过第一预设方式对第一个用户组
Figure BDA0003548805560000033
进行赋值；随机从[M]:＝{1,...,M}中选择用户组以初始化选择用户结果集合W，W中包括第一个用户组
Figure BDA0003548805560000034
初始化数组Pout，并将数值1赋值给数值Pout(0)；根据预设公式计算中断概率
Figure BDA0003548805560000035
并将
Figure BDA0003548805560000036
赋值给数值Pout(1)；将数值1赋值给循环指针i；根据循环指针i获取数组Pout中中断概率Pout(i)与Pout(i-1)差值的绝对值，根据获取的差值绝对值与阈值之间的关系决定是否还需要进行迭代；通过迭代获取目标用户组w*。本申请提供的方法，复杂度小，且稳定，能够选出合适的用户组。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的该方法，在基站未知信道瞬时CSI，仅知CDI的多用户通信系统中，通过选取K组用户，每组中的用户通过时分复用来轮流通信，在能够达到Rtarget的前提下实现最小化中断概率。能够使多个发送端在尝试与一个接收端进行通信时，接收端进行合理的用户选择，从而在保持系统复杂度较低的情况下使中断概率性能逼近穷尽搜索，进而提升用户的体验。是一种性能好且复杂度低的多用户接入算法。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种多用户接入方法的适用通信场景基本示意图；
图2为本申请实施例提供的一种交替优化迭代用户组选择方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种中断概率性能的仿真基本示意图；
图4为本申请实施例提供的再一种中断概率性能的仿真基本示意图；
图5为本申请实施例提供的一种计算复杂度的仿真的基本示意图；
图6为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
首先，将本实施例需要使用到的符号进行说明，如下表1所示：
表1：
Figure BDA0003548805560000041
Figure BDA0003548805560000051
本发明中所提出的方法适用通信场景如附图1中所示。已知总共有N个地面用户和一个地面基站，所涉及的设备都是单天线结构，且假设在基站端，基站对于每个用户与基站之间的瞬时CSI未知，但可以获取对应的CDI。假设用户与信道之间的信道遵循未知参数的瑞利分布CN，将具有相同CDI的用户分为一组，设可以分为M(M≤N)组。即对于任意两个用户(i,j)∈[N]2，如果他们与基站之间的衰落系数(hi,hj)分布相同，则他们在一组里。
每个地面用户都希望向地面基站发送消息，且假设每个用户期望至少达到的通信速率Rtarget相同。然而由于基站的资源是有限的，为了满足用户对通信速率的需求，在一个时隙内基站最多仅允许K(K≤M)个地面用户接入。
上述方法的目标是通过选取K组用户，每组中的用户通过时分复用来轮流通信，在能够达到Rtarget的前提下实现最小化中断概率，即系统无法满足给定速率目标的概率。
如图2所示，图2所示为本实施例提供的交替优化迭代用户组选择方法的基本流程示意图，交替优化迭代用户组选择方法包括：
S101、根据用户的信道的分布信息对用户进行分组，并获取分组数量M；
S102、选择第一个用户组
Figure BDA0003548805560000061
通过第一预设方式对第一个用户组
Figure BDA0003548805560000062
进行赋值；
S103、随机从[M]:＝{1,...,M}中选择用户组以初始化选择用户结果集合W，W中包括第一个用户组
Figure BDA0003548805560000063
S104、初始化数组Pout，并将数值1赋值给数值Pout(0)；
S105、根据预设公式计算中断概率
Figure BDA0003548805560000064
并将
Figure BDA0003548805560000065
赋值给数值Pout(1)；
S106、将数值1赋值给循环指针i；
S107、根据循环指针i获取数组Pout中中断概率Pout(i)与Pout(i-1)差值的绝对值，根据获取的差值绝对值与阈值之间的关系决定是否还需要进行迭代；
S108、通过迭代获取目标用户组w*。可选地，根据用户的信道的分布信息对用户进行分组，并获取分组数量M，包括：对于任意两个用户(i,j)∈[N]2，如果他们与基站之间的衰落系数(hi,hj)分布相同，则他们在一组里。
在本实施例的一些示例中，选择第一个用户组
Figure BDA0003548805560000066
通过第一预设方式对第一个用户组
Figure BDA0003548805560000067
进行赋值，包括：执行
Figure BDA0003548805560000068
其中，
Figure BDA0003548805560000069
P1为用户的发送功率；
Figure BDA00035488055600000610
为用户的信道的分布信息CDI，其中，对于第k组用户Mk中的某个用户j，
Figure BDA00035488055600000611
为CN瑞利分布。
在本实施例的一些示例中，随机从[M]:＝{1,...,M}中选择用户组以初始化选择用户结果集合W，W中包括第一个用户组
Figure BDA00035488055600000612
包括：执行
Figure BDA00035488055600000613
其中
Figure BDA00035488055600000614
为随机选择的用户组。
在本实施例的一些示例中，根据预设公式计算中断概率
Figure BDA0003548805560000071
并将
Figure BDA0003548805560000072
赋值给数值Pout(1)，包括：预设公式为：
Figure BDA0003548805560000073
其中，对于任意k∈[2,K-1]，
Figure BDA0003548805560000074
A1＝1，
Figure BDA0003548805560000075
Rtarget是目标传输速率。
在本实施例的一些示例中，通过迭代获取目标用户组w*，包括：为循环指针k赋初值2；执行
Figure BDA0003548805560000076
计算
Figure BDA0003548805560000077
的零点
Figure BDA0003548805560000078
其中，
Figure BDA0003548805560000079
Dk,k＝γtargetBk-1；
Figure BDA00035488055600000710
Figure BDA00035488055600000711
执行
Figure BDA00035488055600000712
执行
Figure BDA00035488055600000713
根据当前的W更新{Bj}j∈[k:K]的值；执行k←k+1。若此时k≠K，则执行S22；否则执行S28。执行
Figure BDA00035488055600000714
执行
Figure BDA00035488055600000715
执行
Figure BDA00035488055600000716
执行i←i+1；根据权利要求5中预设公式计算Pout(i)。更新Bj(j∈[K])的值。执行S107。
所提出的AOIUS用户接入算法在基站未知信道瞬时CSI，仅知CDI的多用户通信系统中，与理论最优的穷尽搜索法中断概率十分接近，且复杂度远远低于穷尽搜索法。是一种性能好且复杂度低的多用户接入算法。
为了更好的理解本发明，本实施例提供一种更为具体的示例，本示例提供的交替优化迭代用户组选择方法包括：
1)步骤1：选择第一个用户组。执行
Figure BDA00035488055600000717
2)步骤2：通过随机从中[M]选择用户组以初始化W。执行
Figure BDA00035488055600000718
3)步骤3：初始化数值Pout。执行Pout(0)←1。
4)步骤4：根据式(1)计算
Figure BDA0003548805560000081
执行
Figure BDA0003548805560000082
Figure BDA0003548805560000083
5)步骤5：执行i←1。
6)步骤6：若|Pout(i)-Pout(i-1)|≥δ，则执行步骤7；否则执行w*←W。输出w*。
7)步骤7：对于所有k＝2,...,K-1，执行步骤8-12。执行步骤13。
8)步骤8：执行
Figure BDA0003548805560000084
9)步骤9：计算
Figure BDA0003548805560000085
的零点
Figure BDA0003548805560000086
10)步骤10：执行
Figure BDA0003548805560000087
11)步骤11：执行
Figure BDA0003548805560000088
12)步骤12：根据当前的W更新{Bj}j∈[k:K]的值。
13)步骤13：执行
Figure BDA0003548805560000089
14)步骤14：执行
Figure BDA00035488055600000810
15)步骤15：执行
Figure BDA00035488055600000811
16)步骤16：执行i←i+1。
17)步骤17：根据式(1)计算Pout(i)。更新Bj(j∈[K])的值。执行步骤6。
为更好地说明本发明的有益效果，故针对所提出的AOIUS方法的中断概率性能与计算复杂度进行了系统的仿真。仿真中假设基站处第k组用户的
Figure BDA00035488055600000812
在(-∞,20dB]上均匀分布。
1)中断概率性能
第一组仿真展示了AOIUS方法收敛于理论界限的速度和接近程度。在仿真中，设定用户目标速率为Rtarget＝0.02bit/s/Hz，且总用户组数M＝7000。门限值设为δ＝0，也就是说在中断概率不变的时候方法才会停止。针对不同所需选择用户数量K＝5,10,15，每个K进行了五组仿真，中断概率性能仿真结果如图3所示，附图3中横坐标为方法迭代的次数，纵坐标为中断概率。从附图3中可以看出，AOIUS方法的中断概率随着迭代次数的增加单调递减，并且大多数情况下能够在五次迭代后接近，并最终趋近于理论下限，即图中的三条水平线。
第二组仿真对比了本发明中所提出的AOIUS方法与理论最有方法穷尽搜索的中断概率性能差别。在仿真中，设定M＝10，门限值δ＝0。针对K＝2,3的情况进行了仿真，中断概率性能仿真结果如图4所示。附图4中横坐标为用户目标速率Rtarget，纵坐标为中断概率。其中，基于理论计算曲线是经过穷尽搜索选取用户组之后使用(1)计算得到的值，基于数值仿真曲线是使用蒙特卡罗仿真得到的中断概率值。从附图4中可以看出，由于穷尽搜索是最优的，AOIUS和其之间性能的差距很小，可以说明本发明所提出的AOIUS方法在最小化中断概率方面的性能较好。
2)计算复杂度
第三组仿真对比了穷尽搜索与AOIUS方法的计算复杂度。在仿真中，设定M＝40和Rtarget＝0.02bit/s/Hz，计算复杂度仿真结果如图5所示。附图5中横坐标为选择的用户数量K，纵坐标为100次独立仿真下的平均计算次数。从附图5中可以看出，AOIUS的复杂度更小且更为稳定，在K较大的时候亦是如此。
如图6所示，本申请实施例提供了一种电子设备，包括处理器111、通信接口112、存储器113和通信总线114，其中，处理器111，通信接口112，存储器113通过通信总线114完成相互间的通信，
存储器113，用于存放计算机程序；
在本申请一个实施例中，处理器111，用于执行存储器113上所存放的程序时，实现前述任意一个方法实施例提供的方法的步骤。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述任意一个方法实施例提供的方法的步骤。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种交替优化迭代用户组选择方法，其特征在于，所述交替优化迭代用户组选择方法，包括：
S101、根据用户的信道的分布信息对用户进行分组，并获取分组数量M；
S102、选择第一个用户组
Figure FDA0003548805550000011
通过第一预设方式对第一个用户组
Figure FDA0003548805550000012
进行赋值；
S103、随机从[M]:＝{1,...,M}中选择用户组以初始化选择用户结果集合W，W中包括第一个用户组
Figure FDA0003548805550000013
S104、初始化数组Pout，并将数值1赋值给数值Pout(0)；
S105、根据预设公式计算中断概率
Figure FDA0003548805550000014
并将
Figure FDA0003548805550000015
赋值给数值Pout(1)；
S106、将数值1赋值给循环指针i；
S107、根据循环指针i获取数组Pout中中断概率Pout(i)与Pout(i-1)差值的绝对值，根据获取的差值绝对值与阈值之间的关系决定是否还需要进行迭代；
S108、通过迭代获取目标用户组w*。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据用户的信道的分布信息对用户进行分组，并获取分组数量M，包括：
对于任意两个用户(i,j)∈[N]2，如果两个用户与基站之间的衰落系数(hi,hj)分布相同，则两个用户在一组里。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，选择第一个用户组
Figure FDA0003548805550000016
通过第一预设方式对第一个用户组
Figure FDA0003548805550000017
进行赋值，包括：
执行
Figure FDA0003548805550000018
其中，
Figure FDA0003548805550000019
P1为用户的发送功率；
Figure FDA00035488055500000110
为用户的信道的分布信息CDI，其中，对于第k组用户Mk中的某个用户j，
Figure FDA00035488055500000111
为CN瑞利分布。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，随机从[M]:＝{1,...,M}中选择用户组以初始化选择用户结果集合W，W中包括第一个用户组
Figure FDA00035488055500000112
包括：
执行
Figure FDA00035488055500000113
其中
Figure FDA00035488055500000114
为随机选择的用户组。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预设公式计算中断概率
Figure FDA0003548805550000021
并将
Figure FDA0003548805550000022
赋值给数值Pout(1)，包括：
预设公式为：
Figure FDA0003548805550000023
其中，对于任意k∈[2,K-1]，
Figure FDA0003548805550000024
Figure FDA0003548805550000025
Figure FDA0003548805550000026
Rtarget是目标传输速率。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过迭代获取目标用户组w*，包括：
S21、为循环指针k赋初值2；
S22、执行
Figure FDA0003548805550000027
S23、计算
Figure FDA0003548805550000028
的零点
Figure FDA0003548805550000029
其中，
Figure FDA00035488055500000210
Dk,k＝γtargetBk-1；
Figure FDA00035488055500000211
Figure FDA00035488055500000212
S24、执行
Figure FDA00035488055500000213
S25、执行
Figure FDA00035488055500000214
S26、根据当前的W更新{Bj}j∈[k:K]的值；
S27、执行k←k+1，若此时k≠K，则执行S22；否则执行S28。
S28、执行
Figure FDA00035488055500000215
S29、执行
Figure FDA00035488055500000216
S30、执行
Figure FDA00035488055500000217
S31、执行i←i+1；
S32、根据权利要求5中预设公式计算Pout(i)，更新Bj(j∈[K])的值，执行S107。
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-6任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，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1-6任一项所述方法的步骤。
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