With the development of wireless communication, people have put forward higher requirements for train-ground communications in the high-speed railway (HSR) scenarios. With the help of mobile relays (MRs) installed on the roof of the train, the application of Millimeter-Wave (mm-wave) communication which has rich spectrum resources to the train-ground communication system can realize high data rate, so as to meet users' increasing demand for broad-band multimedia access. Also, full-duplex (FD) technology can theoretically double the spectral efficiency. In this paper, we formulate the user association and transmission scheduling problem in the mm-wave train-ground communication system with MR operating in the FD mode as a nonlinear programming problem. In order to maximize the system throughput and the number of users meeting quality of service (QoS) requirements, we propose an algorithm based on coalition game to solve the challenging NP-hard problem, and also prove the convergence and Nash-stable structure of the proposed algorithm. Extensive simulation results demonstrate that the proposed coalition game based algorithm can effectively improve the system throughput and meet the QoS requirements of as many users as possible, so that the communication system has a certain QoS awareness.


翻译:随着无线通信技术的发展,人们对高速铁路(HSR)场景下的车地通信提出了更高要求。借助安装在列车顶部的移动中继(MR),将具有丰富频谱资源的毫米波(mm-wave)通信应用于车地通信系统,可实现高数据传输速率,从而满足用户对宽带多媒体接入日益增长的需求。同时,全双工(FD)技术理论上可将频谱效率提升一倍。本文中,我们将MR工作于FD模式的毫米波车地通信系统中的用户关联与传输调度问题建模为一个非线性规划问题。为最大化系统吞吐量并满足服务质量(QoS)要求的用户数量,我们提出一种基于联盟博弈的算法来解决这一具有挑战性的NP-hard问题,并证明了该算法的收敛性和纳什稳定结构。大量仿真结果表明,所提出的基于联盟博弈的算法能有效提升系统吞吐量,并尽可能多地满足用户的QoS需求,从而使通信系统具备一定的QoS感知能力。

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