[发明专利]一种基于图论的全双工蜂窝系统用户匹配算法

说明书

本发明公开了一种基于图论的全双工蜂窝系统用户匹配算法，包括以下步骤：1、将上行用户和下行用户分别作为两个独立集U和D，构建这两个独立集的完全二分图，二分图中的每条边对应一个用户对(u_i,d_j),u_i∈U,d_j∈D；2、排除不能同时满足上行用户和下行用户业务请求所需的最小速率的用户对，得到独立集U和D的可行图；3、通过匈牙利算法寻找可行图中的增广路径，直到找不到增广路径或可行图中一侧的顶点遍历完为止。本发明充分考虑匹配用户需同时满足上下行业务请求所需的最小传输速率，在此基础上实现最大化系统满意用户对数目；提供的用户匹配算法简单易懂、通用性强，可适用于传统的全双工网络，具备多项式级复杂度，可极大减轻通信系统中硬件设备的负荷。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，具体是一种基于图论的全双工蜂窝系统用户匹配算法。

背景技术

作为6G通信系统的关键技术之一，全双工赋予了通信设备同时同频发射和接收的能力，从而在理论上可使得网络容量翻倍。然而，受困于发射电路至接收电路间严重的自干扰问题，全双工技术难以在实际场景中广泛应用。

近年来，随着信号处理技术的飞速发展，各类自干扰消除方法层出不穷。目前，最先进的自干扰消除技术已经可以在实际场景中提供高达100dB的自干扰消除能力。可以预见，随着自干扰消除技术的日趋成熟，全双工通信设备将逐步得到应用。在基于全双工基站的蜂窝小区中，当若干个上行和若干个下行用户同时进行业务请求时，如何进行小区内干扰管理变得十分关键。现有研究方向考虑了全双工蜂窝网络中保障频谱效率和公平性的上下行用户匹配及信道分配等问题，但皆未考虑用户的QoS需求；与此同时，现有技术求得最优解的算法皆具有极高的复杂度(阶乘复杂度)。

发明内容

针对现有全双工蜂窝网络用户匹配算法存在的不足，本发明提供一种基于图论的全双工蜂窝系统用户匹配算法，在考虑蜂窝小区中用户的QoS需求的前提下，最大化系统满意用户对数目。

一种基于图论的全双工蜂窝系统用户匹配算法，包括以下步骤：

步骤1，将上行用户和下行用户分别作为两个独立集U和D，构建这两个独立集的完全二分图，二分图中的每条边对应一个用户对(u_i,d_j),u_i∈U,d_j∈D；

步骤2，对于每个相连的用户对(u_i,d_j)，验证其可否通过设置用户发射功率使干扰处于可接受范围验证，排除不能同时满足上行用户和下行用户业务请求所需的最小速率的用户对，得到独立集U和D的可行图；

步骤3，通过匈牙利算法寻找可行图中的增广路径，直到找不到增广路径或可行图中一侧的顶点遍历完为止。

进一步的，所述步骤2中的排除方法包括以下步骤：

步骤2.1，对不等式进行求解，得出P_i的范围其中，

为上行链路用户u_i的QoS需求，即满足用户u_i业务请求所需的最小传输速率。

步骤2.2，对不等式进行求解，得出P_i的范围其中，

为下行链路用户d_j的QoS需求，即满足用户d_j业务请求所需的最小传输速率。

步骤2.3，若满足以下条件：

其中P_max为用户最大发射功率