無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中面向統(tǒng)計(jì)服務(wù)質(zhì)量保障的聯(lián)合優(yōu)化方案的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中面向統(tǒng)計(jì)服務(wù)質(zhì)量保障的聯(lián)合優(yōu)化方案，其特征在于：在不同的統(tǒng)計(jì)QoS供應(yīng)約束下，進(jìn)行有效頻譜效率(ESE)和有效功率效率(EPE)的聯(lián)合優(yōu)化；推導(dǎo)在不同統(tǒng)計(jì)QoS保障下，ESE和EPE的關(guān)系；按照框架定義的關(guān)系中，定義了兩個(gè)關(guān)鍵的操作區(qū)域：互利區(qū)域(MB)和競(jìng)爭(zhēng)區(qū)域(CB)，以此來(lái)利用平均傳輸功率控制決定是否能夠?qū)SE和EPE聯(lián)合進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明建立了動(dòng)態(tài)發(fā)射功率控制策略以及基于MIMO的策略來(lái)聯(lián)合最大化有效頻譜和功率效率。本發(fā)明還通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明了提出的策略可以在不同的統(tǒng)計(jì)QoS供應(yīng)下出色的實(shí)現(xiàn)頻譜和功率效率聯(lián)合優(yōu)化。
【專(zhuān)利說(shuō)明】無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中面向統(tǒng)計(jì)服務(wù)質(zhì)量保障的聯(lián)合優(yōu)化方案
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中面向統(tǒng)計(jì)服務(wù)質(zhì)量保障的聯(lián)合優(yōu)化方案。
【背景技術(shù)】
[0002]在過(guò)去的二十年里，通信的學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)付出了巨大的努力來(lái)提高無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率(SE)，并取得了明顯的進(jìn)步。許多無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)可以被用來(lái)增加無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的SE，例如中繼，MMO以及認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電等等。另一方面，出于減少經(jīng)費(fèi)及二氧化碳排放的目的，人們對(duì)能量代價(jià)的要求日益增加，許多研究也已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注能量效率(EE)或功率效率(PE)。近幾年，許多不同的EE和PE優(yōu)化機(jī)制已經(jīng)在綠色通信和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中被應(yīng)用。
[0003]已經(jīng)存在的頻譜效率優(yōu)化機(jī)制致力于實(shí)現(xiàn)在特定能量或功率限制下的系統(tǒng)容量最大化，而實(shí)際中的能量或功率效率優(yōu)化機(jī)制則需要在給定系統(tǒng)吞吐量要求的條件下尋求最小的系統(tǒng)能量損耗。為了實(shí)現(xiàn)有效的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，相比于對(duì)SE或PE分開(kāi)進(jìn)行優(yōu)化，聯(lián)合最大化頻譜和功率效率的方式更可取。然而，據(jù)本發(fā)明所知，已有的研究成果都不能同時(shí)優(yōu)化頻譜和功率效率。因此，為快速發(fā)展的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)找到一種有效的聯(lián)合優(yōu)化頻譜和功率效率的方法是至關(guān)重要的。
[0004]當(dāng)以聯(lián)合優(yōu)化頻譜和功率效率為目標(biāo)進(jìn)行研究時(shí)，本發(fā)明同樣需要考慮對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)提供服務(wù)QoS保障。由于信道是時(shí)變的，在實(shí)際的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中用確定性的QoS來(lái)支持實(shí)時(shí)應(yīng)用是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。因此，依據(jù)于QoS指數(shù)和有效容量的統(tǒng)計(jì)QoS保障，成為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中支持實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)囊粋€(gè)重要選擇。為了有效聯(lián)合優(yōu)化頻譜和功率效率，本發(fā)明還需要將統(tǒng)計(jì)QoS保障納入考慮范圍。
[0005]最近有許多研究致力于實(shí)現(xiàn)節(jié)能的微微蜂窩/微蜂窩。這些工作主要集中于通過(guò)有效的策略盡可能地將微微蜂窩/微蜂窩切換到睡眠模式，同時(shí)也要確保移動(dòng)蜂窩用戶(hù)的QoS需求。然而，將一些微微蜂窩/微蜂窩切換到睡眠模式將不可避免的導(dǎo)致那些之前被睡眠的微微蜂窩/微蜂窩覆蓋的區(qū)域成為覆蓋空洞。此外，這些對(duì)于微微蜂窩/微蜂窩的研究并沒(méi)有考慮到時(shí)延QoS需求。同樣地，一些研究工作，集中于利用節(jié)能的合作多點(diǎn)(CoMP)傳輸/接收來(lái)減小無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的能量損耗。然而，這些研究也沒(méi)有考慮時(shí)延QoS需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述缺陷，提供一種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中面向統(tǒng)計(jì)服務(wù)質(zhì)量保障的聯(lián)合優(yōu)化方案，通過(guò)平均發(fā)射功率控制來(lái)聯(lián)合優(yōu)化有效頻譜和功率效率。在CB區(qū)域，提出一個(gè)基于無(wú)線(xiàn)中繼的策略來(lái)聯(lián)合優(yōu)化有效頻譜和功率效率，在既有MB又有CB的區(qū)域里，建立了動(dòng)態(tài)發(fā)射功率控制策略以及基于MMO的策略來(lái)聯(lián)合優(yōu)化有效頻譜和功率效率。
[0007]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中面向統(tǒng)計(jì)服務(wù)質(zhì)量保障的聯(lián)合優(yōu)化方案，其特征在于:
[0009]在不同的統(tǒng)計(jì)QoS供應(yīng)約束下，進(jìn)行有效頻譜效率(ESE)和有效功率效率(EPE)的聯(lián)合優(yōu)化；推導(dǎo)在不同統(tǒng)計(jì)QoS保障下，ESE和EPE的關(guān)系；按照框架定義的關(guān)系中，定義了兩個(gè)關(guān)鍵的操作區(qū)域:互利區(qū)域(MB)和競(jìng)爭(zhēng)區(qū)域(CB)，以此來(lái)利用平均傳輸功率控制決定是否能夠?qū)SE和EPE聯(lián)合進(jìn)行優(yōu)化；在MB區(qū)域，ESE和EPE都隨著平均發(fā)射功率的增加而增加；而在CB區(qū)域，當(dāng)平均發(fā)射功率增加時(shí)，ESE增加，EPE減少；分析在不同統(tǒng)計(jì)QoS保障下的EPE全局最大值和平均功率全局最優(yōu)解；在MB區(qū)域，建立了一個(gè)新策略，通過(guò)平均發(fā)射功率控制來(lái)聯(lián)合優(yōu)化有效頻譜和功率效率；在CB區(qū)域，提出了一個(gè)基于無(wú)線(xiàn)中繼的策略來(lái)聯(lián)合優(yōu)化有效頻譜和功率效率；在既有MB又有CB的區(qū)域里，建立了動(dòng)態(tài)發(fā)射功率控制策略以及基于MIMO的策略來(lái)聯(lián)合優(yōu)化有效頻譜和功率效率。
[0010]作為一種優(yōu)化的技術(shù)方案，推導(dǎo)在不同統(tǒng)計(jì)QoS保障下，ESE和EPE的關(guān)系，具體步驟為:
[0011]I)、統(tǒng)計(jì)QoS保障的頻譜利用率
[0012]依據(jù)大偏差原理，排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)過(guò)程Q(t)的分布收斂于一個(gè)隨機(jī)變量Q(⑴)，使得
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中面向統(tǒng)計(jì)服務(wù)質(zhì)量保障的聯(lián)合優(yōu)化方案，其特征在于: 在不同的統(tǒng)計(jì)QoS供應(yīng)約束下，進(jìn)行有效頻譜效率(ESE)和有效功率效率(EPE)的聯(lián)合優(yōu)化；推導(dǎo)在不同統(tǒng)計(jì)QoS保障下，ESE和EPE的關(guān)系；按照框架定義的關(guān)系中，定義了兩個(gè)關(guān)鍵的操作區(qū)域:互利區(qū)域(MB )和競(jìng)爭(zhēng)區(qū)域(CB)，以此來(lái)利用平均傳輸功率控制決定是否能夠?qū)SE和EPE聯(lián)合進(jìn)行優(yōu)化； 在MB區(qū)域，ESE和EPE都隨著平均發(fā)射功率的增加而增加；而在CB區(qū)域，當(dāng)平均發(fā)射功率增加時(shí)，ESE增加，EPE減少；分析在不同統(tǒng)計(jì)QoS保障下的EPE全局最大值和平均功率全局最優(yōu)解；在18區(qū)域，建立了一個(gè)新策略，通過(guò)平均發(fā)射功率控制來(lái)聯(lián)合優(yōu)化有效頻譜和功率效率；在CB區(qū)域，提出了一個(gè)基于無(wú)線(xiàn)中繼的策略來(lái)聯(lián)合優(yōu)化有效頻譜和功率效率；在既有MB又有CB的區(qū)域里，建立了動(dòng)態(tài)發(fā)射功率控制策略以及基于MMO的策略來(lái)聯(lián)合優(yōu)化有效頻譜和功率效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中面向統(tǒng)計(jì)服務(wù)質(zhì)量保障的聯(lián)合優(yōu)化方案，其特征在于:推導(dǎo)在不同統(tǒng)計(jì)QoS保障下，ESE和EPE的關(guān)系，具體步驟為: I)、統(tǒng)計(jì)QoS保障的頻譜利用率 依據(jù)大偏差原理，排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)過(guò)程Q (t)的分布收斂于一個(gè)隨機(jī)變量Q (⑴)，使得
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中面向統(tǒng)計(jì)服務(wù)質(zhì)量保障的聯(lián)合優(yōu)化方案，其特征在于:通過(guò)平均發(fā)送功率推導(dǎo)出ESE和EPE的關(guān)系: 不同時(shí)延-QoS保障下的互利區(qū)域和基于競(jìng)爭(zhēng)區(qū)域:定理1:如果要求的QoS指數(shù)等于Θ，則對(duì)于給定的ESE可行域[QTy(Wf)使得式(6)中的E?p,p(內(nèi))最大的ESE，記為<(句，可按以下公式?jīng)Q定:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中面向統(tǒng)計(jì)服務(wù)質(zhì)量保障的聯(lián)合優(yōu)化方案，其特征在于:對(duì)應(yīng)于互利和競(jìng)爭(zhēng)區(qū)域的兩種不同的功率控制策略: 因?yàn)樵贛B區(qū)域，EPE隨著ESE的增加而增加，提出平均功率控制策略，稱(chēng)為JESPEO策略，來(lái)在MB區(qū)域聯(lián)合增大EPE和ESE ;考慮到ESE和EPE在CB區(qū)域的折中，提出了基于無(wú)線(xiàn)中繼的策略來(lái)增加有效容量和EPE ； MB區(qū)域的平均發(fā)送功率控制 用sj Θ )和Sa( Θ )來(lái)分別表示要求的和最大的可達(dá)ESE，給出有效頻譜和功率效率聯(lián)合最優(yōu)化的準(zhǔn)則如下: JESPEO 準(zhǔn)則: 情形1:當(dāng)sj Θ )和sa( Θ )都小于?Ρ,Ο))時(shí)，需要使用最大平均發(fā)送功率來(lái)獲得最大EPE和最大ESEsa(Q)； 情形2:當(dāng)sr( Θ )小于9^,/>/0))且Sa( Θ )大于? (民/>/(0)時(shí)，需要使用全局最優(yōu)平均發(fā)送功率(句來(lái)獲得EPE的全局最大值和對(duì)應(yīng)的ESE Q (Θ^Κ (^)).情形3:當(dāng)Sr ( Θ )大于C:,時(shí)，EPE的最大值對(duì)應(yīng)于ESE的最小值而ESE的最大值對(duì)應(yīng)于EPE的最小值；基于以上描述的JESPEO準(zhǔn)則，我們可以給出對(duì)應(yīng)的聯(lián)合優(yōu)化有效頻譜和功率效率的策略，稱(chēng)為JESPEO策略，如下所示: 對(duì)于情形1:使用對(duì)應(yīng)于最大可達(dá)ESEsa ( Θ )的最大平均發(fā)送功率； 對(duì)于情形2:使用全局最優(yōu)平均發(fā)送功率O).對(duì)于情形3:使用JESPEO準(zhǔn)則，因?yàn)镋SE增加時(shí)EPE減小，所以想通過(guò)平均發(fā)送功率控制來(lái)達(dá)到聯(lián)合優(yōu)化有效頻譜和功率效率的目的是不可能的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中面向統(tǒng)計(jì)服務(wù)質(zhì)量保障的聯(lián)合優(yōu)化方案，其特征在于:在MB和CB區(qū)域兩種不同的聯(lián)合有效頻譜和功率效率優(yōu)化的功率控制機(jī)制: 功率控制機(jī)制包括有兩種功率控制策略來(lái)聯(lián)合優(yōu)化有效頻譜和功率效率在MB和CB區(qū)域；在第一種功率控制策略中，發(fā)送端利用從接收端接受到的CSI來(lái)在時(shí)間上動(dòng)態(tài)分配傳輸功率，稱(chēng)這種策略為動(dòng)態(tài)發(fā)送功率控制策略；第二種功率控制策略基于MMO復(fù)用技術(shù)，稱(chēng)這種策略為基于MMO的策略。
【文檔編號(hào)】H04W28/24GK103974345SQ201410206356
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】程文馳, 任智源, 張海林, 李丹萍, 李勇朝, 周彥果 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)