This paper studies the problem of distributed beam scheduling for 5G millimeter-Wave (mm-Wave) cellular networks where base stations (BSs) belonging to different operators share the same spectrum without any centralized coordination among them. Our goal is to design efficient distributed beam scheduling algorithms to maximize the network utility, which is a function of the achieved throughput by the user equipment (UEs), subject to average and instantaneous transmit power constraints of the BSs. We propose a Media Access Control (MAC) and a power allocation/adaptation mechanism utilizing the Lyapunov stochastic optimization framework and non-cooperative games. In particular, we first transform the original utility maximization problem into two sub-optimization problems for each time frame, which are a convex optimization problem and a non-convex optimization problem, respectively. By formulating the distributed scheduling problem as a non-cooperative game in which each BS is a player attempting to optimize its own utility, we provide a distributed solution to the non-convex sub-optimization problem by solving the Nash Equilibrium (NE) of the scheduling game. We prove the existence of NE and provide sufficient conditions guaranteeing the uniqueness of NE by utilizing the equivalence between the non-cooperative game and the Variational Inequality (VI) problem. A corresponding parallel updating algorithm for finding the NE is proposed which is proved to globally converge. Finally, we conduct simulation under various network settings to show the effectiveness of the proposed game-based beam scheduling algorithm in comparison to several baseline MAC schemes including $p$-persistent and CSMA/CA MAC protocols.


翻译:本文研究5G毫米瓦夫(mm-Wave)蜂窝网络的分布光束调度问题,不同操作者所属基地台站(BS)的分布光束调度安排问题。我们的目标是设计高效分布光束调度算法,以尽量扩大网络效用,这是用户设备(Ues)达到的输送量的函数,但须视平均和即时传输BS的功率限制而定。我们提出媒体存取控制(MAC)和电力分配/调适机制,利用Lyapunov 随机优化框架和不合作游戏。特别是,我们首先将最初的效用最大化问题转化为每个时间框架的两个亚优化问题,这分别是一个螺旋优化问题,这是由用户设备(UE)完成的输送量输送,而每个BSS是试图优化自身效用的不合作游戏。我们提出一个分流速次操作的配置/调适机制,通过解决纳什利利差优化(NEEEE)的比值比值比值(NE)的比较,我们通过透明性调控算规则来证明C-CLE-C-C-C-Cal-alalalalal-laeval的升级规则的存在。我们证明,这能的伸缩定能是保证了C-C-NEal-NELinal-nal-al-al-al-Sal-C-Sal-al-laeval-Sal-ladal化的不为NE)。

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