一種d2d通信中帶有服務(wù)質(zhì)量保障的能效優(yōu)化發(fā)射功率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及D2D通信領(lǐng)域中，尤其是一種D2D通信中帶有服務(wù)質(zhì)量保障的能效優(yōu) 化功率控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們對于網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)信息越來越大的需求量，在當(dāng)手機用戶之間距離足夠近 時就能夠通過對蜂窩網(wǎng)用戶的資源復(fù)用來實現(xiàn)D2D直接通信的模式有著越來越廣闊的發(fā) 展前景，尤其在提升能量效率W及下一代無線網(wǎng)絡(luò)效率優(yōu)化幅度方面更加值得期待。但是 由于在D2D通信過程中，D2D通信用戶對網(wǎng)絡(luò)中的蜂窩網(wǎng)用戶進行了資源復(fù)用，不可避免的 會產(chǎn)生干擾，影響蜂窩網(wǎng)用戶的通信質(zhì)量。為了充分利用D2D通信的優(yōu)勢，必須能夠控制由 于資源復(fù)用所帶來的蜂窩網(wǎng)用戶與D2D通信用戶之間干擾的問題。因此，本發(fā)明實現(xiàn)在最 大化D2D通信用戶能量效率的同時保證網(wǎng)絡(luò)中包括D2D通信用戶W及蜂窩網(wǎng)用戶的所有用 戶的服務(wù)質(zhì)量，是十分有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了彌補現(xiàn)有的關(guān)于D2D通信能效最優(yōu)化控制方案并未考慮發(fā)射機電路基本功 率消耗及其影響的不足。本發(fā)明提供一種考慮發(fā)射機基本電路功耗、最優(yōu)化用戶能量使用 效率、提高資源利用率的D2D通信中的帶有服務(wù)質(zhì)量保障的能效優(yōu)化發(fā)射功率控制方案。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種D2D通信中帶有服務(wù)質(zhì)量保障的能效優(yōu)化發(fā)射功率控制方法，所述控制方 法包括W下步驟：
[0006] (1)在D2D通信中，要求實現(xiàn)最大化D2D通信用戶的能量效率同時保證包括D2D通 信用戶和蜂窩網(wǎng)用戶的服務(wù)質(zhì)量，將該最優(yōu)化問題描述如下；
【主權(quán)項】
1. 一種D2D通信中帶有服務(wù)質(zhì)量保障的能效優(yōu)化發(fā)射功率控制方法，其特征在于：所 述控制方法包括以下步驟： (1) 在D2D通信中，要求實現(xiàn)最大化D2D通信用戶的能量效率同時保證包括D2D通信用 戶和蜂窩網(wǎng)用戶的服務(wù)質(zhì)量，將該最優(yōu)化問題描述如下： 受限制于：
在問題Pl中，各參數(shù)定義如下： P :蜂窩網(wǎng)用戶的發(fā)射功率； q :D2D通信用戶的發(fā)射功率； h :D2D通信中，發(fā)射機為電路基本運作的功率消耗，發(fā)射功率除外； :蜂窩網(wǎng)用戶的吞吐量要求； /?% ·· D2D通信用戶的吞吐量要求； :蜂窩網(wǎng)用戶的最大發(fā)射功率； Pfax : D2D通信用戶的最大發(fā)射功率； gdd:D2D通信中發(fā)射用戶到D2D通信中接收用戶之間的信道增益； 8^蜂窩網(wǎng)用戶到蜂窩網(wǎng)基站之間的信道增益； gdc;:D2D通信中發(fā)射用戶到蜂窩網(wǎng)基站之間的信道增益； gc;d:蜂窩網(wǎng)用戶到D2D通信中接收用戶之間的信道增益； RJp^):蜂窩網(wǎng)用戶的上行鏈路的吞吐量； Rd(p，q) :D2D通信用戶的吞吐量； IV背景噪聲功率； (2) 利用公?
將P用q代替，與此同時，引入q新的上下界變量^與Q 將問題Pl等效地轉(zhuǎn)化為一個對D2D通信用戶發(fā)射功率的控制優(yōu)化問題P2 : 受限制于
定義 A = gcBgdd，B = a a。％。，C = njg。# a ，并定義函數(shù)
〗，將優(yōu)化問題P2等效地轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問題P3 :
受限制于：F(z，q)彡O 在問題P2和問題P3中，各參數(shù)定義如下： p :蜂窩網(wǎng)用戶的發(fā)射功率； q :D2D通信用戶的發(fā)射功率； h :D2D通信中發(fā)射機為電路基本運作的功率消耗，除發(fā)射功率外； i?tre￡? ··蜂窩網(wǎng)用戶的吞吐量要求； /?% ·· D2D通信用戶的吞吐量要求； /5Jna'?蜂窩網(wǎng)用戶的最大發(fā)射功率； PfTui : D2D通信用戶的最大發(fā)射功率； gdd:D2D通信中發(fā)射用戶到D2D通信中接收用戶之間的信道增益； 8^蜂窩網(wǎng)用戶到蜂窩網(wǎng)基站之間的信道增益； gdc;:D2D通信中發(fā)射用戶到蜂窩網(wǎng)基站之間的信道增益； gc;d:蜂窩網(wǎng)用戶到D2D通信中接收用戶之間的信道增益； IV背景噪聲功率； z :輔助待決定的控制變量； (3)為求解問題P3,變形成如下子問題： P3-A :q*(z) = arg max F (z, q) 受限制于：ρ 2 2殳 然后利用q#(z)，解決如下子問題得到IzW}: P3~B ：max z 受限制于：F(z，q#(z))彡O ζ^Ο 在子問題Ρ3-Α和子問題Ρ3-Β中，參數(shù)定義如下： q%D2D通信中用戶發(fā)射功率的最優(yōu)值； IzW}:問題P3的最優(yōu)解，上標(biāo)表示參數(shù)在優(yōu)化問題中的最優(yōu)值； 通過求解子問題P3-A和P3-B，最終得到D2D通信中用戶發(fā)射功率最優(yōu)值cf以及最大 化的D2D通信中用戶的能量效率。
2.如權(quán)利要求1所述的一種D2D通信中帶有服務(wù)質(zhì)量保障的能效優(yōu)化功率控制方案， 其特征在于：所述步驟（3)中，采用了分層的思想對問題P3進行優(yōu)化求解，步驟為： 步驟3. 1 :對于步驟（3)中的唯一最優(yōu)值q#(z)有： 其中，
A = gcBgdd，B = a cgcdgdc，C = n0 (gcB+ a cgcd); 步驟3. 2 :問題P3-B中最優(yōu)的情況在F (z，cf (z)) = O下取得，另外定義D2D通信用戶 的發(fā)射機電路運作基本功耗h的兩個上下臨界值為：
① 若/1<旦，.那么問題P3的最優(yōu)解{z*，q*}為：
，從而獲得問題Pl的最優(yōu)解為：D2D通信用戶的最優(yōu)發(fā)射功車^ =2,蜂 窩網(wǎng)用戶的最優(yōu)發(fā)射功-
.以及D2D通信用戶的最大能量效率：
② 若/1 >1，那么問題P3的最優(yōu)解{z*，q*}為：^
從而獲得問題P1的最優(yōu)解為：D 2 D通信用戶的最優(yōu)發(fā)射功率=泛， 蜂窩網(wǎng)用戶的最優(yōu)發(fā)射功率
以及D2D通信用戶的最大能量效 率：
③ 若互< /1 < 77,那么問題P3的最優(yōu)解{z*，q*}通過如下算法求解： 步驟具體如下： 步驟3. 2. I :設(shè)置$ = i二及，設(shè)置e 2為二分法計算誤差的限度； 步驟3. 2. 2
步驟3. 2. 3 :計算
步驟3. 2.4 :如果-e 2〈Ρ(ζ，ν)〈 e 2，則算法運行停止，輸出：D2D通信用戶的最優(yōu)發(fā) 射功率cf= q%蜂窩網(wǎng)用戶的最優(yōu)發(fā)射功-
D2D通信用戶的最大能量 效率Zi"= z ;否則執(zhí)行步驟3. 2. 5 ; 步驟3. 2. 5:如果F (z，qt) > e 2，將z賦值給互，跳至步驟3. 2. 2 ;如果F (z，0〈_ e 2， 將z賦值給跳至步驟3. 2. 2。
【專利摘要】一種D2D通信中帶有服務(wù)質(zhì)量保障的能效優(yōu)化功率控制方法，包括以下步驟：(1)通過對D2D通信用戶和蜂窩網(wǎng)用戶發(fā)射功率的控制，達(dá)到在保障服務(wù)質(zhì)量前提下的D2D通信用戶能效優(yōu)化的目標(biāo)，以此為依據(jù)對該問題進行建模；(2)通過引入輔助變量的方法將涉及D2D通信用戶和蜂窩網(wǎng)用戶發(fā)射功率控制的優(yōu)化問題P1等效轉(zhuǎn)換為只涉及D2D通信用戶發(fā)射功率的優(yōu)化問題P2；(3)通過分析，將優(yōu)化問題P2轉(zhuǎn)換為優(yōu)化問題P3，并利用帶有分層思想的一維線性搜索算法對其進行求解。本發(fā)明提供一種能夠有效降低基站負(fù)載、增加頻譜利用率、緩解無線通信系統(tǒng)頻譜資源匱乏問題的D2D通信領(lǐng)域中帶有服務(wù)質(zhì)量保障的能效優(yōu)化功率控制方法。
【IPC分類】H04W52-26
【公開號】CN104768213
【申請?zhí)枴緾N201410550498
【發(fā)明人】吳遠(yuǎn), 陳佳超, 何艷飛, 錢麗萍
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2014年10月16日