一種基于博弈論的d2d通信的能耗優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于博弈論的D2D通信能量的優(yōu)化方法，采用博弈論的思想，將D2D傳輸鏈路理解成為博弈游戲的參與者，每條D2D 傳輸鏈路只知道自己和哪條蜂窩上行鏈路的配對(duì)信息，而不知道其他D2D傳輸鏈路和哪條蜂窩上行鏈路的配對(duì)信息，在已知各個(gè)蜂窩鏈路的資源配置情況下,D2D傳輸鏈路對(duì)選擇復(fù)用的蜂窩鏈路上行頻譜資源進(jìn)行博弈，依次更換復(fù)用的蜂窩鏈路上行頻譜資源；試圖建立一個(gè)聯(lián)盟去共享蜂窩用戶的上行頻譜資源，目的在于使系統(tǒng)能耗最優(yōu)化，計(jì)算時(shí)間比最優(yōu)分配時(shí)間大大減少，相比基于距離的匹配方法，可以大幅度減少能量損耗，可以取代傳統(tǒng)的基于距離的匹配方案和最優(yōu)匹配方案。
【專利說明】
-種基于博弈論的D2D通信的能耗優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，設(shè)及一種基于博弈論的D2D通信的能耗優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] D2D(終端直通Device TO Device)通信作為下一代無線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，能 夠提供更高的傳輸速率，增大系統(tǒng)吞吐量，提高頻譜利用效率，減輕蜂窩基站負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)系 統(tǒng)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。
[0003] D2D通信系統(tǒng)的能耗問題和D2D的資源分配問題密切相關(guān)，不同分配下的能耗相差 甚遠(yuǎn)?；诰嚯x的資源分配策略為資源分配提供了一套分配準(zhǔn)則，可W滿足蜂窩用戶和D2D 用戶的傳輸需求，但是會(huì)造成較大的能量浪費(fèi)。如果采用遍歷所有分配來找到能耗最優(yōu)的 匹配，運(yùn)樣雖然可W找到最優(yōu)方案，但是計(jì)算時(shí)間會(huì)很長。
[0004] D2D通信系統(tǒng)中，終端分兩類，一類是與基站通信的終端，即蜂窩終端OJE，另一類 是通過D2D技術(shù)直接與其他終端通信的終端，即D2D終端。在允許蜂窩上行鏈路和D2D傳輸鏈 路一對(duì)多匹配的系統(tǒng)中，可W詳盡捜索出所有資源配置的組合，在運(yùn)些組合中找到能量消 耗最少的方案，運(yùn)個(gè)方案就是最優(yōu)方案。雖然運(yùn)樣找到的方案能耗最小，并且可W滿足各個(gè) 用戶的數(shù)據(jù)傳輸需求，但是運(yùn)樣求解的復(fù)雜度是NP-化rd，計(jì)算消耗時(shí)間很長，只適合適量 較少的情況。而基于距離的匹配方案也可W滿足用戶的數(shù)據(jù)傳輸需求，但是得到的能耗值 一般都不是最優(yōu)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種基于博弈論的D2D通信的能耗優(yōu)化方法，在已知各個(gè) 蜂窩鏈路的資源配置情況下，D2D傳輸鏈路對(duì)選擇復(fù)用的蜂窩鏈路上行頻譜資源進(jìn)行博弈， 可W找到最優(yōu)方案，使系統(tǒng)總能耗最優(yōu)化。
[0006] 本發(fā)明一種基于博弈論的D2D通信能量的優(yōu)化方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1、假定一個(gè)蜂窩小區(qū)存在n個(gè)蜂窩上行鏈路和m個(gè)D2D傳輸鏈路，允許多條D2D 傳輸鏈路復(fù)用同一蜂窩鏈路的上行頻譜資源，D2D傳輸鏈路選擇的策略就是和不同的蜂窩 上行鏈路配對(duì)，對(duì)于某條蜂窩鏈路i，有k個(gè)D2D傳輸鏈路共享運(yùn)個(gè)蜂窩鏈路i的上行頻譜資 源，若k聲0,用Ui，i2，. . .，ik：}表示k個(gè)D2D傳輸鏈路的序號(hào)，運(yùn)些D2D傳輸鏈路和蜂窩鏈路i 同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)并同時(shí)結(jié)束，持續(xù)時(shí)間為ti，有
[000引
[0009]其中，W是系統(tǒng)帶寬，表示系統(tǒng)高斯白噪聲的平均功率/?,.表示第i個(gè)蜂窩用戶的 速率需求，苗表示第條D2D傳輸鏈路中數(shù)據(jù)發(fā)送方的速率需求，表示第i個(gè)蜂 窩用戶到基站的信道增益，&<,,表示第1^條〇20傳輸鏈路中數(shù)據(jù)發(fā)送方到數(shù)據(jù)接收方的信道 增益，表示第i個(gè)蜂窩用戶到第條D2D傳輸鏈路數(shù)據(jù)接收方的信道增益，表示第ij 條D2D傳輸鏈路中數(shù)據(jù)發(fā)送方到基站的信道增益，g：J；表示第i。條D2D傳輸鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送方 到第1^條020傳輸鏈路數(shù)據(jù)接收方的信道增益，八>',/。表示第1^條〇20鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送方的發(fā) 送功率，表示第i條蜂窩上行傳輸鏈路的發(fā)送功率；
[0010] 根據(jù)實(shí)際中具體的k值，對(duì)上述方程組進(jìn)行帶參數(shù)求解，可W得到巧,,h)、仇,,(0
的表達(dá)式，設(shè)Ei(ti)表示當(dāng)?shù)趇條蜂窩上行傳輸鏈路和k條D2D傳輸鏈路配對(duì)時(shí)，第i 條蜂窩上行傳輸鏈路和k條D2D傳輸鏈路的總能耗，當(dāng)k聲0時(shí)，Ei(ti)等于：
[0011]
[0012] 具甲，Pa巧電蹄功準(zhǔn)，Pe巧置閑功準(zhǔn)，U巧功準(zhǔn)臘天帯護(hù)」駆重巧狹效準(zhǔn)，陣巧上行鏈 路數(shù)為n，D2D傳輸鏈路數(shù)為m，k為共享蜂窩鏈路i上行頻譜資源的D2D傳輸鏈路數(shù)；
[001引當(dāng)k = 0時(shí)，表示蜂窩鏈路i沒有和任何D2D傳輸鏈路配對(duì)，此時(shí)，Ei (ti)等于
[0014]
[001引其中每條鏈路的最優(yōu)時(shí)間/,Wf為通過捜索得到使Ei(ti)值最小時(shí)的時(shí)間ti，那么第 i條蜂窩上行傳輸鏈路和k條D2D傳輸鏈路配對(duì)時(shí)，第i條蜂窩上行傳輸鏈路和k條D2D傳輸鏈 路的最優(yōu)總能耗為
[0016]
[0017] 定義1 X n時(shí)間行向量T，其元素I； = ?f ;;
[0018] 步驟2、當(dāng)每條傳輸鏈路的時(shí)間都是最優(yōu)的，但不能保證歸一化的時(shí)間和不大于1， 當(dāng)出現(xiàn)總時(shí)間大于1的情況時(shí)，必須找到那些減少相同時(shí)間能耗增加最少的傳輸鏈路，通過 減少運(yùn)些傳輸鏈路的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間來減少系統(tǒng)總時(shí)間，把資源分配看成是一個(gè)博弈游戲， 其中m個(gè)D2D傳輸鏈路為博弈游戲的參與者，試圖建立一個(gè)集合聯(lián)盟L=化1，...，k，...，Ln} 去共享蜂窩鏈路的上行頻譜資源，以表示和第r個(gè)蜂窩用戶共享頻譜資源的D2D傳輸鏈路的 集合，D2D傳輸鏈路選擇的策略就是和不同的蜂窩上行鏈路配對(duì)，優(yōu)化目標(biāo)就是使系統(tǒng)的總 能耗EtDtal最小化。
[0019] 所述的步驟2中提出一種聯(lián)合博弈算法，使系統(tǒng)的總能耗EtDtai最小化，具體算法如 下：
[0020] (1)輸入系統(tǒng)各通信鏈路參數(shù):系統(tǒng)帶寬W，系統(tǒng)高斯白噪聲的平均功率電路功 率Pa，空閑功率Pe，功率放大器的能量轉(zhuǎn)換效率0，蜂窩上行鏈路數(shù)n，D2D傳輸鏈路數(shù)m，博弈 總次數(shù)N，每個(gè)蜂窩用戶的速率需求，每個(gè)D2D傳輸鏈路的速率要求，每個(gè)蜂窩用戶到基站的 信道增益，每個(gè)D2D傳輸鏈路中數(shù)據(jù)發(fā)送方到數(shù)據(jù)接收方的信道增益，每個(gè)蜂窩用戶到每個(gè) D2D傳輸鏈路數(shù)據(jù)接收方的信道增益，每個(gè)D2D傳輸鏈路中數(shù)據(jù)發(fā)送方到基站的信道增益， 每個(gè)D2D鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送方到其他D2D鏈路數(shù)據(jù)接收方的信道增益，設(shè)置博弈計(jì)數(shù)器num = 0， 時(shí)間迭代步長S;
[0021] (2)初始化，產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)生成集合聯(lián)盟以。1二化1，. . .，Lr, . . .，Ln}，同時(shí)確定對(duì) 應(yīng)的時(shí)間行向量T，其元素7 =/'，.計(jì)算系統(tǒng)總能耗Etotal,令Lcur = ^ni;
[0022] (3)判斷時(shí)間行向量T中各個(gè)元素之和是否大于1，若是，進(jìn)入步驟(4)，若不是，進(jìn) 入步驟(5);
[0023] (4)針對(duì)集合聯(lián)盟Lcur,尋找減少相同時(shí)間能耗增加幅度最少的蜂窩鏈路，即計(jì)算
，其中1表示尋找得到的蜂窩鏈路，更新矩陣T，即令 ，tai并返回步驟(3);
[0024] (5)隨機(jī)選擇一個(gè)D2D傳輸鏈路dj，假定dj G以，然后任意選擇一個(gè)集合Li ' G LcuA 化i}，博弈計(jì)數(shù)器11皿=11皿+1 ;
[002引（6)對(duì)于集合聯(lián)盟Lgame=化cuAlLi，Li'})U化i\{dj}，Li' U化}}，確定對(duì)應(yīng)的時(shí)間 行向量T'，時(shí)間行向量T'的各個(gè)元素是由Lgam沖各元素對(duì)應(yīng)的最優(yōu)時(shí)間貨1_組成的；
[0026] (7)判斷時(shí)間行向量T'中各個(gè)元素之和是否大于1，若是，進(jìn)入步驟(8)，若不是，進(jìn) 入步驟(9);
[0027] (8)針對(duì)新的集合聯(lián)盟Lgame,尋找減少相同時(shí)間能耗增加幅度最少的蜂窩鏈路，即 1 ，其中1'表示尋找得到的蜂窩鏈路，更新矩陣T '， E :盟Lgame下的系統(tǒng)總能耗E'tDtal并返回步驟(7);
[0028] ( 9 )如果E total <Etotal,則Lcur 二 Lgame , Etotal 二 E total ;
[0029] (10)當(dāng)博弈計(jì)數(shù)器達(dá)到N時(shí)，即num = N，輸出集合聯(lián)盟Lcur和此時(shí)的系統(tǒng)總能量 Etotal，如果博弈次數(shù)沒有達(dá)到N，返回步驟巧）。
[0030] 本發(fā)明采用博弈論的思想，將D2D傳輸鏈路理解成為博弈游戲的參與者，每條D2D 傳輸鏈路只知道自己和哪條蜂窩上行鏈路的配對(duì)信息，而不知道其他D2D傳輸鏈路和哪條 蜂窩上行鏈路的配對(duì)信息，在已知各個(gè)蜂窩鏈路的資源配置情況下，D2D傳輸鏈路對(duì)選擇復(fù) 用的蜂窩鏈路上行頻譜資源進(jìn)行博弈，依次更換復(fù)用的蜂窩鏈路上行頻譜資源;試圖建立 一個(gè)聯(lián)盟去共享蜂窩用戶的上行頻譜資源，目的在于使系統(tǒng)能耗最優(yōu)化，當(dāng)博弈次數(shù)達(dá)到 闊值時(shí)，可W找到最優(yōu)方案，使系統(tǒng)總能耗最優(yōu)化，并且計(jì)算時(shí)間比最優(yōu)分配時(shí)間大大減 少，相比基于距離的匹配方法，可W大幅度減少能量損耗，可W取代傳統(tǒng)的基于距離的匹配 方案和最優(yōu)匹配方案;通過實(shí)驗(yàn)證明，基于博弈論的能耗優(yōu)化方案和系統(tǒng)最優(yōu)方案的能耗 基本相同，相比傳統(tǒng)的最大功率傳輸策略，本發(fā)明方法能耗會(huì)減少65%。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為一對(duì)多匹配的D2D通信場景示意圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明的流程圖。
[0033] W下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 本發(fā)明一種基于博弈論的D2D通信能量的優(yōu)化方法，具體包括如下步驟：
[0035] 步驟1、假定一個(gè)蜂窩小區(qū)存在n個(gè)蜂窩上行鏈路和m個(gè)D2D傳輸鏈路，允許多條D2D 傳輸鏈路復(fù)用同一蜂窩鏈路的上行頻譜資源，D2D傳輸鏈路選擇的策略就是和不同的蜂窩 上行鏈路配對(duì)，如圖1所示;對(duì)于某條蜂窩鏈路i，有k個(gè)D2D傳輸鏈路共享運(yùn)個(gè)蜂窩鏈路i的 上行頻譜資源，若k聲0，用{ii，i2，. . .，ik}表示k個(gè)D2D傳輸鏈路的序號(hào)，運(yùn)些D2D傳輸鏈路和 蜂窩鏈路i同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)并同時(shí)結(jié)束，持續(xù)時(shí)間為ti，有
[0036]
[0037] 其中，W是系統(tǒng)帶寬，O2表示系統(tǒng)高斯白噪聲的平均功率/。,表示第i個(gè)蜂窩用戶的 速率需求，馬表示第條D2D傳輸鏈路中數(shù)據(jù)發(fā)送方的速率需求，表示第i個(gè)蜂 窩用戶到基站的信道增益，表示第條D2D傳輸鏈路中數(shù)據(jù)發(fā)送方到數(shù)據(jù)接收方的信道 增益，g；；'i表示第i個(gè)蜂窩用戶到第條D2D傳輸鏈路數(shù)據(jù)接收方的信道增益，g：：,表示第ij 條D2D傳輸鏈路中數(shù)據(jù)發(fā)送方到基站的信道增益，g；；；；表示第i。條D2D傳輸鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送方 到第iJ條D2D傳輸鏈路數(shù)據(jù)接收方的信道增益，表示第iJ條D2D鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送方的發(fā) 送功率，表示第i條蜂窩上行傳輸鏈路的發(fā)送功率；
[003引根據(jù)實(shí)際中具體的k值，對(duì)上述方程組進(jìn)行帶參數(shù)求解，可W得到&片.）、化,/。 的表達(dá)式，設(shè)Ei(ti)表示當(dāng)?shù)趇條蜂窩上行傳輸鏈路和k條D2D傳輸鏈路配對(duì)時(shí)，第i 條蜂窩>斤倍輸鏈路巧k條D州倍輸鏈路的總、能耗.巧k卓0時(shí).估)望干，
[0039]
[0040] 其中，Pa是電路功率，Pe是空閑功率，目是功率放大器的能量轉(zhuǎn)換效率，蜂窩上行鏈 路數(shù)為n，D2D傳輸鏈路數(shù)為m，k為共享蜂窩鏈路i上行頻譜資源的D2D傳輸鏈路數(shù)；
[OOW 當(dāng)k = 0時(shí)，表示蜂窩鏈路i沒有和任何D2D傳輸鏈路配對(duì)，此時(shí)，Ei (ti)等于
[0042]
[0043] 其中每條鏈路的最優(yōu)時(shí)間(；*"為通過捜索得到使Ei(ti)值最小時(shí)的時(shí)間ti，那么第 i條蜂窩上行傳輸鏈路和k條D2D傳輸鏈路配對(duì)時(shí)，第i條蜂窩上行傳輸鏈路和k條D2D傳輸鏈 路的最優(yōu)總能耗為馬;
[0044]
[0045]
[0046] 步驟2、當(dāng)每條傳輸鏈路的時(shí)間都是最優(yōu)的，但是還不能保證歸一化的時(shí)間和不大 于1，如果總時(shí)間大于1，必然存在一部分用戶不能完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，若存在此種情況， 必須通過減少某條傳輸鏈路的通信時(shí)間W滿足各個(gè)用戶的數(shù)據(jù)傳輸要求，本著系統(tǒng)能耗最 優(yōu)化的原則，當(dāng)出現(xiàn)總時(shí)間大于1的情況時(shí)，必須找到那些減少相同時(shí)間能耗增加最少的傳 輸鏈路，通過減少運(yùn)些傳輸鏈路的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間來減少系統(tǒng)總時(shí)間，把資源分配看成是一 個(gè)博弈游戲，其中m個(gè)D2D傳輸鏈路為博弈游戲的參與者，試圖建立一個(gè)集合聯(lián)盟L = 化1，...，k，...，Ln}去共享蜂窩鏈路的上行頻譜資源，心表示和第r個(gè)蜂窩用戶共享頻譜資 源的D2D傳輸鏈路的集合，D2D傳輸鏈路選擇的策略就是和不同的蜂窩上行鏈路配對(duì)，優(yōu)化 目標(biāo)就是使系統(tǒng)的總能耗EtDtal最小化，提出一種聯(lián)合博弈算法，如圖2,具體算法如下：
[0047] (1)輸入系統(tǒng)各通信鏈路參數(shù):系統(tǒng)帶寬W，系統(tǒng)高斯白噪聲的平均功率電路功 率Pa，空閑功率Pe，功率放大器的能量轉(zhuǎn)換效率0，蜂窩上行鏈路數(shù)n，D2D傳輸鏈路數(shù)m，博弈 總次數(shù)N，每個(gè)蜂窩用戶的速率需求，每個(gè)D2D傳輸鏈路的速率要求，每個(gè)蜂窩用戶到基站的 信道增益，每個(gè)D2D傳輸鏈路中數(shù)據(jù)發(fā)送方到數(shù)據(jù)接收方的信道增益，每個(gè)蜂窩用戶到每個(gè) D2D傳輸鏈路數(shù)據(jù)接收方的信道增益，每個(gè)D2D傳輸鏈路中數(shù)據(jù)發(fā)送方到基站的信道增益， 每個(gè)D2D鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送方到其他D2D鏈路數(shù)據(jù)接收方的信道增益，設(shè)置博弈計(jì)數(shù)器num = 0， 時(shí)間迭代步長S;
[004引（2)初始化，產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)生成集合聯(lián)盟以。1二化1，. . .，Lr, . . .，Ln}，同時(shí)確定對(duì)應(yīng) 的時(shí)間行向量T，其元素早=玲"'\，計(jì)算系統(tǒng)總能耗Etotal,令Lcur = ^ni;
[0049] (3)判斷時(shí)間行向量T中各個(gè)元素之和是否大于1，若是，進(jìn)入步驟(4)，若不是，進(jìn) 入步驟(5);
[0050] (4)針對(duì)集合聯(lián)盟Lcur,尋找減少相同時(shí)間能耗增加幅度最少的蜂窩鏈路，即計(jì)算 (4/) = min巧悼巧-馬盼")}，其中1表示尋找得到的蜂窩鏈路，更新矩陣T，即令 峰=護(hù);計(jì)算系統(tǒng)總能耗Etetal并返回步驟(3);
[0051 ] (5)隨機(jī)選擇一個(gè)D2D傳輸鏈路dj，假定dj ，然后任意選擇一個(gè)集合以'G LcuA 化i}，博弈計(jì)數(shù)器11皿=11皿+1 ;
[0052] (6)對(duì)于集合聯(lián)盟Lgame=化cuAlLi，Li'})U化i\{dj}，Li' U化}}，確定對(duì)應(yīng)的時(shí)間 行向量T'，時(shí)間行向量T'的各個(gè)元素是由Lgam沖各元素對(duì)應(yīng)的最優(yōu)時(shí)間貨L_,組成的；
[0053] (7)判斷時(shí)間行向量T'中各個(gè)元素之和是否大于1，若是，進(jìn)入步驟(8)，若不是，進(jìn) 入步驟(9);
[005^1 344^減少相同時(shí)間能耗增加幅度最少的蜂窩鏈路，即 計(jì)算 ，其中1'表示尋找得到的蜂窩鏈路，更新矩陣T '， 即令=Ce_/ 一《；計(jì)算在新的集合聯(lián)盟Lgame下的系統(tǒng)總能耗E't?；f返回步驟(7);
[0055] ( 9 )如果E total <Etotal,則Lcur 二 Lgame , Etotal 二 E total ;
[0056] (10)當(dāng)博弈計(jì)數(shù)器達(dá)到N時(shí)，即num = N，輸出集合聯(lián)盟Lcur和此時(shí)的系統(tǒng)總能量 Etotal，如果博弈次數(shù)沒有達(dá)到N，返回步驟巧）。
[0057] 本發(fā)明的重點(diǎn)在于:采用博弈論的思想，將D2D傳輸鏈路理解成為博弈游戲的參與 者，每條D2D傳輸鏈路只知道自己和哪條蜂窩上行鏈路的配對(duì)信息，而不知道其他D2D傳輸 鏈路和哪條蜂窩上行鏈路的配對(duì)信息，在已知各個(gè)蜂窩鏈路的資源配置情況下，D2D傳輸鏈 路對(duì)選擇復(fù)用的蜂窩鏈路上行頻譜資源進(jìn)行博弈，依次更換復(fù)用的蜂窩鏈路上行頻譜資 源;試圖建立一個(gè)聯(lián)盟去共享蜂窩用戶的上行頻譜資源，目的在于使系統(tǒng)能耗最優(yōu)化，當(dāng)博 弈次數(shù)達(dá)到闊值時(shí)，可W找到最優(yōu)方案，使系統(tǒng)總能耗最優(yōu)化，并且計(jì)算時(shí)間比最優(yōu)分配時(shí) 間大大減少，相比基于距離的匹配方法，可W大幅度減少能量損耗，可W取代傳統(tǒng)的基于距 離的匹配方案和最優(yōu)匹配方案;通過實(shí)驗(yàn)證明，基于博弈論的能耗優(yōu)化方案和系統(tǒng)最優(yōu)方 案的能耗基本相同，相比傳統(tǒng)的最大功率傳輸策略，本發(fā)明方法能耗會(huì)減少65%。
[0058] W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施用例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換W及改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于博弈論的D2D通信能量的優(yōu)化方法，其特征在于包括如下步驟： 步驟1、假定一個(gè)蜂窩小區(qū)存在η個(gè)蜂窩上行鏈路和m個(gè)D2D傳輸鏈路，允許多條D2D傳輸 鏈路復(fù)用同一蜂窩鏈路的上行頻譜資源，D2D傳輸鏈路選擇的策略就是和不同的蜂窩上行 鏈路配對(duì)，對(duì)于某條蜂窩鏈路i，有k個(gè)D2D傳輸鏈路共享運(yùn)個(gè)蜂窩鏈路i的上行頻譜資源，若 k聲0，用{ii，i2，. . .，ik}表示k個(gè)D2D傳輸鏈路的序號(hào)，運(yùn)些D2D傳輸鏈路和蜂窩鏈路i同時(shí)發(fā) 送數(shù)據(jù)并同時(shí)結(jié)束，持續(xù)時(shí)間為ti，有其中，W是系統(tǒng)帶寬，曰2表示系統(tǒng)高斯白噪聲的平均功率,?表示第i個(gè)蜂窩用戶的速率 需求，％表示第條D2D傳輸鏈路中數(shù)據(jù)發(fā)送方的速率需求，表示第i個(gè)蜂窩用 戶到基站的信道增益，而，表示第?條D2D傳輸鏈路中數(shù)據(jù)發(fā)送方到數(shù)據(jù)接收方的信道增 益，表示第i個(gè)蜂窩用戶到第?條D2D傳輸鏈路數(shù)據(jù)接收方的信道增益，表示第ij條 D2D傳輸鏈路中數(shù)據(jù)發(fā)送方到基站的信道增益，表示第i。條D2D傳輸鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送方到 第i緣D2D傳輸鏈路數(shù)據(jù)接收方的信道增益，化,,片)表示第i緣D2D鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送方的發(fā)送 功率，A (U表示第i條蜂窩上行傳輸鏈路的發(fā)送功率； 根據(jù)實(shí)際中具體的k值，對(duì)上述方程組進(jìn)行帶參數(shù)求解，可W得到卸化）、扣,,(0的表 達(dá)式，設(shè)Ei(ti)表示當(dāng)?shù)趇條蜂窩上行傳輸鏈路和k條D2D傳輸鏈路配對(duì)時(shí)，第i條蜂 窩上行傳輸鏈路和k條D2D傳輸鏈路的總能耗，當(dāng)k聲0時(shí)，Ei (ti)等于：其中，ρα是電路功率，pe是空閑功率，Θ是功率放大器的能量轉(zhuǎn)換效率，蜂窩上行鏈路數(shù) 為η，D2D傳輸鏈路數(shù)為m，k為共享蜂窩鏈路i上行頻譜資源的D2D傳輸鏈路數(shù)； 當(dāng)k = 0時(shí)，表示蜂窩鏈路i沒有和任何D2D傳輸鏈路配對(duì)，此時(shí)，Ei(ti)等于其中每條鏈路的最優(yōu)時(shí)間皆"為通過捜索得到使Ei(ti)值最小時(shí)的時(shí)間ti，那么第i條蜂 窩上行傳輸鏈路和k條D2D傳輸鏈路配對(duì)時(shí)，第i條蜂窩上行傳輸鏈路和k條D2D傳輸鏈路的 最優(yōu)總能耗為馬0-);定義1 X η時(shí)間行向量Τ，其元素不=if'; 步驟2、當(dāng)每條傳輸鏈路的時(shí)間都是最優(yōu)的，但不能保證歸一化的時(shí)間和不大于1，當(dāng)出 現(xiàn)總時(shí)間大于1的情況時(shí)，必須找到那些減少相同時(shí)間能耗增加最少的傳輸鏈路，通過減少 運(yùn)些傳輸鏈路的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間來減少系統(tǒng)總時(shí)間，把資源分配看成是一個(gè)博弈游戲，其中m 個(gè)D2D傳輸鏈路為博弈游戲的參與者，試圖建立一個(gè)集合聯(lián)盟L={Li，. . .，k，. . .，Ln}去共 享蜂窩鏈路的上行頻譜資源，以表示和第r個(gè)蜂窩用戶共享頻譜資源的D2D傳輸鏈路的集 合，D2D傳輸鏈路選擇的策略就是和不同的蜂窩上行鏈路配對(duì)，優(yōu)化目標(biāo)就是使系統(tǒng)的總能 耗EtDtal最小化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于博弈論的D2D通信能量的優(yōu)化方法，其特征在于步驟 2中提出一種聯(lián)合博弈算法，使系統(tǒng)的總能耗EtDtal最小化，具體算法如下： (1) 輸入系統(tǒng)各通信鏈路參數(shù):系統(tǒng)帶寬W，系統(tǒng)高斯白噪聲的平均功率σ2,電路功率ρα， 空閑功率pe，功率放大器的能量轉(zhuǎn)換效率Θ，蜂窩上行鏈路數(shù)n，D2D傳輸鏈路數(shù)m，博弈總次 數(shù)N，每個(gè)蜂窩用戶的速率需求，每個(gè)D2D傳輸鏈路的速率要求，每個(gè)蜂窩用戶到基站的信道 增益，每個(gè)D2D傳輸鏈路中數(shù)據(jù)發(fā)送方到數(shù)據(jù)接收方的信道增益，每個(gè)蜂窩用戶到每個(gè)D2D 傳輸鏈路數(shù)據(jù)接收方的信道增益，每個(gè)D2D傳輸鏈路中數(shù)據(jù)發(fā)送方到基站的信道增益，每個(gè) D2D鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送方到其他D2D鏈路數(shù)據(jù)接收方的信道增益，設(shè)置博弈計(jì)數(shù)器num = 0,時(shí)間 迭代步長δ; (2) 初始化，產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)生成集合聯(lián)盟以。1= {Li，. . .，k，. . .，Ln}，同時(shí)確定對(duì)應(yīng)的時(shí) 間行向量T，其元素7]=皆"'，計(jì)算系統(tǒng)總能耗Etotal，令Lcur = kni; (3) 判斷時(shí)間行向量T中各個(gè)元素之和是否大于1，若是，進(jìn)入步驟(4)，若不是，進(jìn)入步 驟(5); (4) 針對(duì)集合聯(lián)盟Uur，尋找減少相同時(shí)間能耗增加幅度最少的蜂窩鏈路，即計(jì)算其中1表示尋找得到的蜂窩鏈路，更新矩陣T，即令 if =?Γ -cJ ;計(jì)算系統(tǒng)總能耗Etetal并返回步驟(3); (5) 隨機(jī)選擇一個(gè)D2D傳輸鏈路dj，假定dj e以，然后任意選擇一個(gè)集合Li ' e LcuA化1}， 博弈計(jì)數(shù)器num = num+l; (6) 對(duì)于集合聯(lián)盟Lgame=(Xcur\化i，Li'}) U化i\{dj}山' U {dj}}，確定對(duì)應(yīng)的時(shí)間行向 量Τ'，時(shí)間行向量Τ'的各個(gè)元素是由Lgame中各元素對(duì)應(yīng)的最優(yōu)時(shí)間，組成的； (7) 判斷時(shí)間行向量Τ'中各個(gè)元素之和是否大于1，若是，進(jìn)入步驟(8)，若不是，進(jìn)入步 驟(9); (8) 針對(duì)新的集合聯(lián)盟Lgame，尋找減少相同時(shí)間能耗增加幅度最少的蜂窩鏈路，即計(jì)算，其中Γ表示尋找得到的蜂窩鏈路，更新矩陣Τ'，即令咐算在新的集合聯(lián)盟Lgame下的系統(tǒng)總能耗Ε/ total并返回步驟(7); (9) 女日果Etotal<Eto1;al,貝lJLcur二Lgame,Eto1;al二Etotal; (10) 當(dāng)博弈計(jì)數(shù)器達(dá)到N時(shí)，即num = N，輸出集合聯(lián)盟Lcur和此時(shí)的系統(tǒng)總能量EtDtal，如 果博弈次數(shù)沒有達(dá)到N，返回步驟(5)。
【文檔編號(hào)】H04W52/02GK105979477SQ201610399996
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】林世俊, 劉文濤, 石江宏
【申請人】廈門大學(xué)