small cell用戶無線資源優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及移動通信功率控制技術(shù)，尤其設(shè)及一種smallcell(小基站）用戶無 線資源優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] Smallcell是低功率的無線接入節(jié)點，工作在授權(quán)的、非授權(quán)的頻譜，可W覆蓋10 米到200米的范圍，smallcell是3G數(shù)據(jù)分流的重要成分，是管理LTE-A頻譜的有效辦法。
[0003] 隨著綠色通信日益受到人們的關(guān)注，如何通過功率控制W提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中small cell的能效，是當(dāng)前smallcell技術(shù)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種smallcell用戶無線資源優(yōu)化方法，W提高 smallcell用戶的能效。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種smallcell用戶無線資源 優(yōu)化方法，其特征在于：該方法由W下4個步驟組成：
[0006] 步驟1 ;在含smallcell小基站、宏蜂窩和D2D的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，建立smallcell用 戶能效的目標(biāo)函數(shù)，如式（1)所示：
[0007]
…
[0008] 該目標(biāo)函數(shù)包括如下約束條件：
[0009] 1、蜂窩用戶的最低傳輸速率要求，即其最低傳輸速率不能小于5。；
[0010]
[0011] 2、D2D的最低傳輸速率要求，即其最低傳輸速率不能小于5。；
[0012]
[0013] 3、smallcell用戶、D2D用戶和宏蜂窩用戶的最大傳輸功率限定；
[0014] Ps，Pc，Pmax
[001引smallcell中包含一個smallcell用戶；D2D對中包含兩個D2D用戶，其中一個 為接收用戶，另一個為發(fā)送用戶；其中；Ps表不smallcell用戶的傳輸功率，hsD表不small cell用戶與D2D對接收用戶間的信道增益，hse表示smallcell用戶與宏基站間的信道增 益，hs表示smallcell用戶與小基站間的信道增益，Pd表示D2D對發(fā)射用戶的傳輸功率， h。表示D2D用戶間的信道增益，Pe表示蜂窩用戶的傳輸功率，hCD表示蜂窩用戶與D2D對接 收用戶間的信道增益，n。表示噪聲功率，P表示D2D用戶的電路功率消耗，he表示蜂窩 用戶與宏基站間的信道增益，hue表示D2D對發(fā)射用戶與宏基站間的信道增益，hps表示D2D對發(fā)射用戶與小基站間的信道增益，ha表示蜂窩用戶與小基站間的信道增益，max函數(shù)表 示最大化smallcell用戶能效的目標(biāo)函數(shù)；
[0016] 步驟2 ;由于W蜂窩用戶傳輸功率、D2D用戶傳輸功率和smallcell用戶傳輸功 率為自變量的smallcell用戶能效優(yōu)化問題是一個非凸問題，直接進行求解非常困難；對 于相同的Ps來說，smallcell用戶能效Us的值是隨著蜂窩用戶傳輸功率和D2D用戶傳輸 功率的增加而減小的，因此，在滿足約束條件1和約束條件2中蜂窩用戶和D2D用戶的最小 容量要求情況下取臨界值時smallcell用戶能效是最大的；由約束條件1和約束條件2可 得：
[0020] 分別令聲^1,#0= 2"。-U由上式可W求得Wsmallcell用戶傳輸功率為 自變量的蜂窩用戶傳輸功率和D2D用戶傳輸功率，分別如下；
[0021]
[002引再將式妨代入到原優(yōu)化問題式（1)中可得等效優(yōu)化函數(shù)為：
[0023]
W
[0024] 此時目標(biāo)函數(shù)的約束條件為：
[0025] Ps《P'max [002引其中
[0029]
[0030] 該樣，將WPs、Pe和Pd為自變量的原能效優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為只WPs為自變量的等效 能效優(yōu)化問題；
[0031] 步驟3 ;利用凸優(yōu)化理論可證明式巧）中等效優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)關(guān)于Ps具備嚴(yán) 格的先增后減的曲線特性；
[0032] 步驟4 ;設(shè)計基于導(dǎo)數(shù)的二分法算法求解最優(yōu)傳輸功率點。
[0033] 優(yōu)選地，所述步驟4中，采用基于導(dǎo)數(shù)的二分法算法求解最優(yōu)傳輸功率點，具體包 括如下步驟：
[0034] a).令入> 1，j= 0,收斂口限值為e，求得州旬|如炒1的值；
[0044] 其中，A表示步長，j表示循環(huán)次數(shù)，嗦示第j次循環(huán)時smallcell用戶的 傳輸功率，表示初始傳輸功率，磚表示最優(yōu)解傳輸功率，丫（Ps)表示式（5)能效函數(shù)一 階導(dǎo)數(shù)的分子，Psi、Ps2、i>s表示中間值。
[0045] 本發(fā)明提供的方法填補了現(xiàn)有smallcell技術(shù)研究在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的空白，首次建 立了包含宏蜂窩、smallcell和D2D的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中smallcell用戶的能效函數(shù)數(shù)學(xué)模型， 并將原=維優(yōu)化問題化簡為一維等效優(yōu)化問題，通過研究等效優(yōu)化問題的曲線性質(zhì)，證明 了最優(yōu)功率點的存在，設(shè)計了基于導(dǎo)數(shù)的二分法算法求解最優(yōu)功率點，為求解帶來了極大 的方便；采用本發(fā)明能夠使得異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的smallcell用戶的能效達到最優(yōu)值。
【具體實施方式】
[0046] 為使本發(fā)明更明顯易懂，茲W-優(yōu)選實施例，作詳細(xì)說明如下。
[0047] smallcell用戶無線資源優(yōu)化方法的具體實現(xiàn)過程如下：
[0048] 步驟1 ;在含smallcell小基站、宏蜂窩和D2D的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，建立smallcell用 戶能效的目標(biāo)函數(shù)，如式（1)所示：
[0049]
…
[0050] 該目標(biāo)函數(shù)包括如下約束條件：
[0051] 1、蜂窩用戶的最低傳輸速率要求，即最低傳輸速率不能小于5。；
[0052]
[0053]2、D2D的最低傳輸速率要求，即最低傳輸速率不能小于5D;
[0054]
[00巧]3、smallcell用戶、D2D用戶和宏蜂窩用戶的最大傳輸功率限定；
[0056] Ps，Pc，PD《Pmax
[0057] smallcell中包含一個smallcell用戶。D2D對中包含兩個D2D用戶，其中一個 為接收用戶，另一個為發(fā)送用戶。其中；Ps表示smallcell用戶的傳輸功率，hsD表示small cell用戶與D2D對接收用戶間的信道增益，hse表示smallcell用戶與宏基站間的信道增 益，hs表示smallcell用戶與小基站間的信道增益，PD表示D2D對發(fā)射用戶的傳輸功率， h。表不D2D用戶間的信道增益，Pe表不蜂窩用戶的傳輸功率，h表不蜂窩用戶與D2D對接 收用戶間的信道增益，n。表示噪聲功率，PWit表示D2D用戶的電路功率消耗，he表示蜂窩 用戶與宏基站間的信道增益，hue表示D2D對發(fā)射用戶與宏基站間的信道增益，hDs表示D2D 對發(fā)射用戶與小基站間的信道增益，ha表示蜂窩用戶與小基站間的信道增益。（1)式中的 max函數(shù)表示最大化smallcell用戶的能效函數(shù)。
[0058] 步驟2 ;由于W蜂窩用戶傳輸功率、D2D用戶傳輸功率和smallcell用戶傳輸功率 為自變量的smallcell用戶能效優(yōu)化問題是一個非凸問題，直接進行求解非常困難。對于 相同的Ps來說，smallcell用戶能效Us的值是隨著蜂窩用戶傳輸功率和D2D用戶傳輸功 率的增加而減小的，因此，在滿足約束條件1和約束條件2中蜂窩用戶和D2D用戶的最小容 量要求情況下取臨界值（即取等號）時smallcell用戶能效是最大的。由約束條件1和 約束條件2可得：
[0059]
(2)
[0060] 良P;
[0061]
(3)
[0062]分別令年=2*-'_1，0日=23。-1，由上式可W求得Wsmallcell用戶傳輸功率為 自變量的蜂窩用戶傳輸功率