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大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中聯(lián)合用戶分組和聯(lián)盟博弈的動態(tài)導(dǎo)頻分配方案

智慧 王飛躍 黃子菊

智慧, 王飛躍, 黃子菊. 大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中聯(lián)合用戶分組和聯(lián)盟博弈的動態(tài)導(dǎo)頻分配方案[J]. 電子與信息學(xué)報, 2020, 42(7): 1686-1693. doi: 10.11999/5EIT190445
引用本文: 智慧, 王飛躍, 黃子菊. 大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中聯(lián)合用戶分組和聯(lián)盟博弈的動態(tài)導(dǎo)頻分配方案[J]. 電子與信息學(xué)報, 2020, 42(7): 1686-1693. doi: 10.11999/5EIT190445
Hui ZHI, Feiyue WANG, Ziju HUANG. Dynamic Pilot Allocation Scheme for Joint User Grouping and Alliance Game in Massive MIMO Systems[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(7): 1686-1693. doi: 10.11999/5EIT190445
Citation: Hui ZHI, Feiyue WANG, Ziju HUANG. Dynamic Pilot Allocation Scheme for Joint User Grouping and Alliance Game in Massive MIMO Systems[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(7): 1686-1693. doi: 10.11999/5EIT190445

大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中聯(lián)合用戶分組和聯(lián)盟博弈的動態(tài)導(dǎo)頻分配方案

doi: 10.11999/5EIT190445 cstr: 32379.14.5EIT190445
基金項目: 安徽省高校自然科學(xué)研究項目(KJ2016A042)
詳細信息
    作者簡介:

    智慧:女,1984年生,講師,研究方向為大規(guī)模MIMO、協(xié)作通信和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等

    王飛躍:男,1989年生,碩士生,研究方向為無線中繼網(wǎng)絡(luò)、協(xié)作通信、大規(guī)模MIMO

    黃子菊:女,1993年生,碩士生,研究方向為大規(guī)模MIMO、第五代(5G)移動通信系統(tǒng)

    通訊作者:

    智慧 zhihui_0902@163.com

  • 中圖分類號: TN911.23

Dynamic Pilot Allocation Scheme for Joint User Grouping and Alliance Game in Massive MIMO Systems

Funds: The College Natural Science Research Project of Anhui Province (KJ2016A042)
  • 摘要:

    大量研究表明,大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的小區(qū)邊緣用戶比中心用戶更易遭受導(dǎo)頻污染的影響。因此,該文提出一種聯(lián)合用戶分組和聯(lián)盟博弈(JUG-AG)的動態(tài)導(dǎo)頻分配方案來減輕系統(tǒng)導(dǎo)頻污染。根據(jù)用戶信號強度將所有用戶分為A,B兩組,把接收基站信號強度弱的小區(qū)邊緣用戶記為A組,剩余用戶則為B組。A組用戶使用相互正交的導(dǎo)頻,B組用戶則借助聯(lián)盟博弈來重復(fù)使用剩余的正交導(dǎo)頻。在B組用戶的聯(lián)盟博弈中,用戶被分成若干個互不相交的用戶子聯(lián)盟,屬于不同子聯(lián)盟的用戶分配不同的相互正交導(dǎo)頻序列,而屬于同一子聯(lián)盟中的用戶使用相同的導(dǎo)頻序列。與已有的導(dǎo)頻分配方案相比,該文提出的JUG-AG方案更靈活,可以用于所有用戶隨機分布的場景。而且,該算法通過循環(huán)搜索可以獲得整體最優(yōu)解。仿真結(jié)果表明JUG-AG方案能夠有效降低上行鏈路中用戶信號檢測的平均均方根誤差(RMSE),而且可以提高用戶的平均服務(wù)速率。

  • 圖  1  系統(tǒng)模型與用戶導(dǎo)頻分配方案

    圖  2  平均RMSE與$p$, ${M}$, ${\sigma ^2}$間的關(guān)系

    圖  3  平均RMSE與$q$, $q$$N$以及平均RMSE與$N$間的關(guān)系

    圖  4  服務(wù)速率與$p$, $M$間的關(guān)系

    算法1 導(dǎo)頻分配算法
     步驟 1 (用戶分組):計算所有用戶的${\eta _{iik}}$值,從小到大排序。
    根據(jù)排序,優(yōu)選前$q$個值較小的用戶為A組,剩余($N - q$)個用戶為B組。
     步驟 2 (聯(lián)盟博弈):
     初始化:對于B組用戶,給定初始聯(lián)盟結(jié)構(gòu)$\lambda = \{ {\lambda _1},{\lambda _2}, ···, {\lambda _{h - q}}\} $,并設(shè)當前搜索次數(shù)$\zeta = 0$。
     循環(huán):
     (1) 對于所有用戶$(i,k) \in \varPhi \,\,$(即B用戶),進行循環(huán)搜索;
     (2) 對于所有${\lambda _j} \in \{ \{ {\lambda _1},{\lambda _2}, ···, {\lambda _{h - q}}{{\rm \} \backslash }}\Gamma (i,k)\} ,(j = 1,2,···,$   $h - q)$,進行查找:
     效用函數(shù)為RMSE時,若聯(lián)盟調(diào)整規(guī)則1中兩個條件都滿足,則
     有$\lambda {{\rm = }}\lambda ^0$。同理,效用函數(shù)為服務(wù)速率時,若聯(lián)盟調(diào)整規(guī)則2中兩
     個條件都滿足,則有$\lambda {{\rm = }}\lambda ^0$。
     否則,聯(lián)盟結(jié)構(gòu)保持不變($\lambda {{\rm = }}\lambda $)。
     結(jié)束(對應(yīng)循環(huán)2)
     搜索次數(shù)增加,即$\zeta = \zeta + 1$,
     結(jié)束(對應(yīng)循環(huán)1)
     直到$\lambda \xrightarrow{{(i,k)}}\, \,{\lambda ^0}$的所有條件不成立或$\zeta > \varpi $,循環(huán)結(jié)束。
     步驟 3 (導(dǎo)頻分配):A組用戶分配$q$個正交導(dǎo)頻,B組中($N - q$)個用戶根據(jù)第2步用戶子聯(lián)盟分配的結(jié)果將剩余$h - q$個正交導(dǎo)頻依次分配給這$h - q$個用戶子聯(lián)盟。
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  1  仿真參數(shù)設(shè)置

    參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值
    基站坐標(km)(4.0,4.0), (5.7,4.0),
    (2.3,4.0), (4.9,5.5),
    (3.1,5.5), (4.9,2.5),
    (3.1,2.5)
    最大搜索次數(shù)$\varpi $800
    小區(qū)數(shù)L7路徑衰落因子$\upsilon $3
    用戶數(shù)N20導(dǎo)頻數(shù)h8
    下載: 導(dǎo)出CSV
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出版歷程
  • 收稿日期:  2019-06-18
  • 修回日期:  2019-09-28
  • 網(wǎng)絡(luò)出版日期:  2020-01-20
  • 刊出日期:  2020-07-23

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