一种基于异构网络的D2D高能效功率优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，包括在异构网络场景下建立包含宏峰窝、small cell和D2D的异构网络中D2D用户的能效函数数学模型；利用约束条件将原三维优化问题转化为一维优化问题；由于其存在全局最优功率点；因此通过基于导数的二分法算法求解最优功率点。本发明专利技术能够提高异构网络中D2D用户的能效，满足绿色通信和延长移动终端电池使用时间的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于异构网络的D2D高能效功率优化方法
本专利技术涉及移动通信功率控制技术，尤其涉及一种异构网络中的D2D高能效功率优化方法。
技术介绍
目前，为解决频谱资源紧张和提高通信速率，人们普通采用速率高、功耗低的D2D(device-to-device)技术，即蜂窝终端直通技术，但是当前的D2D技术研究都是在传统蜂窝网络中进行的，系统中只包含两种用户，一种是宏峰窝用户，一种是D2D用户，即对应到(1)式中时就少了PShSD这项，相应的自变量也只是单独以D2D用户传输功率为自变量，而不是这里研究的以PD,PS,PC三种用户传输功率为自变量。随着绿色通信日益受到人们的关注，如何通过功率控制以提高异构网络中D2D用户的能效，是当前D2D技术亟待解决的。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，该方法通过功率控制提高异构网络中D2D用户的能效。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，包括如下步骤：步骤一，异构网络场景下，以D2D对发射用户的传输功率PD、蜂窝用户的传输功率PC、smallcell用户的传输功率PS为自变量，建立能效的目标函数，该能效的目标函数的约束条件满足：蜂窝用户的最低传输速率不能小于δC；smallcell用户的最低传输速率不能小于δS；以及满足D2D用户、smallcell用户和宏峰窝用户的最大传输功率限定；其中D2D对中包含两个D2D用户，其中一个为接收用户，另一个为发送用户；smallcell中包含一个smallcell用户；步骤二，将步骤一中的D2D对发射用户的传输功率PD、蜂窝用户的传输功率PC、smallcell用户的传输功率PS为自变量的原能效优化问题转化为只以D2D对发射用户的传输功率PD为自变量的等效能效优化问题。步骤三，将步骤二得到的等效能效优化问题通过基于导数的二分法算法求解出其最优传输功率点。所述步骤一中的能效的目标函数如下：该目标函数包括如下约束条件：③蜂窝用户的最低传输速率不能小于δC：④Smallcell用户的最低传输速率不能小于δS：③D2D用户、smallcell用户和宏峰窝用户的最大传输功率限定：PD,PC,PS≤Pmax其中：PD表示D2D对发射用户的传输功率，hD表示D2D用户间的信道增益，PC表示蜂窝用户的传输功率，hCD表示蜂窝用户与D2D对接收用户间的信道增益，PS表示smallcell用户的传输功率，hSD表示smallcell用户与D2D对接收用户间的信道增益，n0表示噪声功率，Pcircuit表示D2D用户的电路功率消耗，hC表示蜂窝用户与宏基站间的信道增益，hDC表示D2D对发射用户与宏基站间的信道增益，hSC表示smallcell用户与宏基站间的信道增益，hS表示smallcell用户与小基站间的信道增益，hDS表示D2D对发射用户与小基站间的信道增益，hCS表示蜂窝用户与小基站间的信道增益；δC为蜂窝用户的传输速率的临界值，δS为smallcell用户的传输速率的临界值。所述步骤二中将步骤一中的D2D对发射用户的传输功率PD、蜂窝用户的传输功率PC、smallcell用户的传输功率PS为自变量的原能效优化问题转化为只以D2D对发射用户的传输功率PD为自变量的等效能效优化问题的方法包括以下步骤：步骤二a，在满足约束条件①和约束条件②中蜂窝用户和smallcell用户的最小容量要求情况下取临界值时D2D用户能效是最大的，求得以D2D对发射用户传输功率为自变量的蜂窝用户传输功率和smallcell用户传输功率。步骤二b，将步骤二a中求得以D2D对发射用户传输功率为自变量的蜂窝用户传输功率和smallcell用户传输功率带入到步骤一中的能效的目标函数，得到其等效优化问题。所述步骤二a中求得以D2D对发射用户传输功率为自变量的蜂窝用户传输功率和smallcell用户传输功率的方法包括以下步骤：首先，在满足约束条件①和约束条件②中蜂窝用户和smallcell用户的最小容量要求情况下取临界值时D2D用户能效是最大的，由约束条件①和约束条件②可得：其次，令有上式可求得以D2D对发射用户传输功率为自变量的蜂窝用户传输功率和smallcell用户传输功率，分别如下：所述步骤二b中得到的等效优化问题为：该目标函数的约束条件为：PD≤P'max其中，所述步骤三中将步骤二得到的等效能效优化问题通过基于导数的二分法算法求解出其最优传输功率点的方法包括以下步骤：4a).令λ>1，j＝0，收敛门限值为ε，求得的值；4b).如果令4c).否则令4d).重复4b).-4c).直到4e).如果令PD1＝PD[J-1]，PD2＝PD[J]，4f).否则，令PD1＝PD[J]，PD2＝PD[J-1]，4g).如果令求4h).否则令求4i).重复4e).-4h).直到4j).返回其中PD[0]表示初始传输功率，表示最优解传输功率，γ(PD)表示(6)式能效函数一阶导数的分子，PD1，PD2，表示中间值。本专利技术提供的基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，相比现有技术，具有以下有益效果：本专利技术提供的基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，通过建立了包含宏峰窝、smallcell和D2D的异构网络中D2D用户的能效函数数学模型，并将原三维优化问题化简为一维等效优化问题，通过研究等效优化问题的曲线性质，证明了最优功率点的存在，设计了基于导数的二分法算法求解最优功率点，为求解带来了极大的方便；采用本专利技术能够使得异构网络中的D2D用户的能效达到最优值。综上所述，本专利技术能够提高异构网络中D2D用户的能效，满足绿色通信和延长移动终端电池使用时间的要求。附图说明图1为基于异构网络的D2D对的示意图；图2为基于导数的二分算法流程图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。一种基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，如图1所示，具体实现过程如下：(1)异构网络场景下，建立能效的目标函数，如式(1)所示：该目标函数包括如下约束条件：①蜂窝用户的最低传输速率要求，即最低传输速率不能小于δC：②蜂窝用户的最低传输速率要求，即最低传输速率不能小于δS：③D2D用户、smallcell用户和宏峰窝用户的最大传输功率限定：PD,PC,PS≤PmaxD2D对中包含两个D2D用户，其中一个为接收用户，另一个为发送用户；smallcell中包含一个smallcell用户。其中：其中PD表示D2D对发射用户的传输功率，hD表示D2D用户间的信道增益，PC表示蜂窝用户的传输功率，hCD表示蜂窝用户与D2D对接收用户间的信道增益，PS表示smallcell用户的传输功率，hSD表示smallcell用户与D2D对接收用户间的信道增益，n0表示噪声功率，Pcircuit表示D2D用户的电路功率消耗，hC表示蜂窝用户与宏基站间的信道增益，hDC表示D2D对发射用户与宏基站间的信道增益，hSC表示smallcell用户与宏基站间的信道增益，hS表示smallcell用户与小基站间的信道增益，hDS表示D2D对发射用户与小基站间的信道增益，hCS表示蜂窝用户与小基站间的信道增益；δC为蜂窝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，其特征在于：包括如下步骤： 步骤一，异构网络场景下，根据D2D对发射用户的传输功率PD、蜂窝用户的传输功率PC、small cell用户的传输功率PS为自变量，建立能效的目标函数，该能效的目标函数的约束条件满足：蜂窝用户的最低传输速率不能小于δC；Small cell用户的最低传输速率不能小于δS；以及满足D2D用户、small cell用户和宏峰窝用户的最大传输功率限定；其中D2D对中包含两个D2D用户，其中一个为接收用户，另一个为发送用户；small cell中包含一个small cell用户； 步骤二，将步骤一中的D2D对发射用户的传输功率PD、蜂窝用户的传输功率PC、small cell用户的传输功率为自变量PS为自变量的原能效优化问题转化为只以D2D对发射用户的传输功率PD为自变量的等效能效优化问题。 步骤三，将步骤二得到的等效能效优化问题通过基于导数的二分法算法求解出其最优传输功率点。

【技术特征摘要】
1.一种基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，异构网络场景下，以D2D对发射用户的传输功率PD、蜂窝用户的传输功率PC、smallcell用户的传输功率PS为自变量，建立能效的目标函数，该能效的目标函数的约束条件满足：蜂窝用户的最低传输速率不能小于δC；smallcell用户的最低传输速率不能小于δS；以及满足D2D用户、smallcell用户和宏峰窝用户的最大传输功率限定；其中D2D对中包含两个D2D用户，其中一个为接收用户，另一个为发送用户；smallcell中包含一个smallcell用户；所述能效的目标函数如下：该目标函数包括如下约束条件：①蜂窝用户的最低传输速率不能小于δC：②Smallcell用户的最低传输速率不能小于δS：③D2D用户、smallcell用户和宏峰窝用户的最大传输功率限定：PD,PC,PS≤Pmax其中：PD表示D2D对发射用户的传输功率，hD表示D2D用户间的信道增益，PC表示蜂窝用户的传输功率，hCD表示蜂窝用户与D2D对接收用户间的信道增益，PS表示smallcell用户的传输功率，hSD表示smallcell用户与D2D对接收用户间的信道增益，n0表示噪声功率，Pcircuit表示D2D用户的电路功率消耗，hC表示蜂窝用户与宏基站间的信道增益，hDC表示D2D对发射用户与宏基站间的信道增益，hSC表示smallcell用户与宏基站间的信道增益，hS表示smallcell用户与小基站间的信道增益，hDS表示D2D对发射用户与小基站间的信道增益，hCS表示蜂窝用户与小基站间的信道增益；δC为蜂窝用户的传输速率的临界值，δS为smallcell用户的传输速率的临界值；步骤二，将步骤一中的D2D对发射用户的传输功率PD、蜂窝用户的传输功率PC、smallcell用户的传输功率PS为自变量的原能效优化问题转化为只以D2D对发射用户的传输功率PD为自变量的等效能效优化问题；步骤三，将步骤二得到的等效能效优化问题通过基于导数的二分法算法求解出其最优传输功率点。2.根据权利要求1所述的基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，其特征在于：所述步骤二中将步骤一中的D2D对发射用户的...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋雁翔，刘强，鲁宁宁，尤肖虎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32