一種均衡能量效率和頻譜效率的方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中均衡能量效率和頻譜效率的方法。通過利用線性加權(quán)法和粒子群優(yōu)化法同時(shí)考慮網(wǎng)絡(luò)的衡能量效率和頻譜效率，本發(fā)明可在犧牲少量頻譜效率的情況下大幅提升能量效率。本發(fā)明首先隨機(jī)設(shè)置基站分配給用戶的發(fā)射功率向量和功率該變量向量，并初始化每個(gè)粒子的最好當(dāng)前值和全局最優(yōu)值為此時(shí)的發(fā)射功率向量。然后迭代更新每個(gè)粒子中每個(gè)用戶的功率該變量和發(fā)射功率。通過計(jì)算當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的總效用函數(shù)后，基站更新粒子的全局最優(yōu)值。重復(fù)以上步驟，直到粒子的全局最優(yōu)值達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，則基站分配給用戶的最優(yōu)發(fā)射功率即為此時(shí)粒子的全局最優(yōu)值。
【專利說明】一種均衡能量效率和頻譜效率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動(dòng)通信系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中均衡能量效率和頻譜效率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)最重要的性能指標(biāo)之一，頻譜效率(spectralefficiency, SE)在過去幾十年間已被廣泛研究。然而，隨著高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的廣泛應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)能量消耗的快速增加，能量效率(energy efficiency, EE)已成為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。由于EE和SE是互相耦合的，在某些場(chǎng)景下甚至是互相沖突的。因此，如何均衡網(wǎng)絡(luò)EE和SE是個(gè)值得研究的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中均衡EE和SE的方法，本方法利用線性加權(quán)法和粒子群優(yōu)化法同時(shí)考慮了網(wǎng)絡(luò)的EE和SE，可在犧牲少量SE的情況下大幅提升EE0
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案，包括如下步驟:
[0005]步驟一、基站隨機(jī)為用戶設(shè)備分配發(fā)射功率，并向用戶設(shè)備發(fā)射發(fā)射功率指示；
[0006]步驟二、用戶設(shè)備根據(jù)收到的發(fā)射功率的指示設(shè)置發(fā)射功率，并通過上行；鏈路或周期報(bào)告將設(shè)置成功后的信息反饋回基站；
[0007]步驟三、基站通過對(duì)用戶設(shè)備反饋的發(fā)射功率進(jìn)行收集、采樣后，重新分配用戶設(shè)備的發(fā)射功率向量。
[0008]其中步驟一具體為:
[0009]假設(shè)網(wǎng)絡(luò)存在M個(gè)用戶設(shè)備，總粒子數(shù)為I，當(dāng)前迭代次數(shù)為t ;令t = 0，對(duì)于We /，基站隨機(jī)設(shè)置分配給用戶設(shè)備的發(fā)射功率向量:
[0010]Pi(t) = [Pi；!(t), Pi；2(t),Pi；M(t)] [I]
[0011]其中對(duì)于y/e Jki均有Pi j⑴e [0，Pniax]，其中Pi j⑴是基站為粒子i在第t次
迭代中給用戶設(shè)備j分配的發(fā)射功率，Pfflax為基站可分配給用戶設(shè)備的最大發(fā)射功率；記粒子i在第t次迭代中的最好當(dāng)前值為QJt) =其中對(duì)
TVyeM, Q.^t)表示用戶設(shè)備j在粒子i的第t次迭代中的最好當(dāng)前值，令Qi(t)=Pi (t);全局最優(yōu)值記為Qg= [9&1，9&2，...，9^]，其中對(duì)于力‘￡從，Q&j表示用戶設(shè)備j的全局最優(yōu)值，令Qg= {P* I * = argmaXi e χυ [Pi (t) ]};基站隨機(jī)設(shè)置粒子i在第t次迭代中的功率該變量向量\(t) = [^^，^^，...，^?⑴^其中對(duì)于^/^均有Vi, j (t) e [_Pmax，Pmax],其中(t)為粒子i在第t次迭代中的功率該變量(用于公式[3]中重新計(jì)算用戶設(shè)備的發(fā)射功率)。最終經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(采樣、量化、編碼)、碼型正變換、調(diào)制器后，將公式[I]中分配給用戶設(shè)備的發(fā)射功率的相應(yīng)指示打包發(fā)送給用戶設(shè)備。[0012]其中步驟二具體為:
[0013]用戶設(shè)備經(jīng)過解調(diào)器、碼型反變換、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(譯碼、低通濾波器)后，根據(jù)成功收到的發(fā)射功率的指示設(shè)置發(fā)射功率，并通過上行鏈路或周期報(bào)告將設(shè)置成功后的信息反饋回基站。
[0014]其中步驟三具體為:
[0015]第一步、基站通過信號(hào)采集器對(duì)用戶設(shè)備反饋的發(fā)射功率進(jìn)行收集、采樣后，根據(jù)公式[2]更新每個(gè)粒子i中用戶設(shè)備j的功率該變量，
[0016]Vi；J(t+l) = w(t) ?Vi；J(t)+c1 *ri；1(t).[Qi； j (t)-Pi； j (t) ]+C2 *ri；2(t).[Qgij-Pi,」(t)][2]
[0017]其中w(t) =Wmax-(Wmax-Wmin).?/Τ,其均衡算法局部搜索和全局搜索的能力,Wmax為w(t)的最大值，Wmin為w(t)的最小值，T為最大迭代次數(shù)。C1和C2為兩個(gè)正常數(shù)，rM(t)和為兩個(gè)第t次迭代中屬于[0，I]間服從均勻分布的隨機(jī)變量；
[0018]第二步、基站根據(jù)公式[3]更新每個(gè)粒子i中用戶設(shè)備j的發(fā)射功率，
[0019]Pi；J(t+l) = Pi；J(t)+Vi；J(t) [3]
[0020]第三步、定義頻譜效率為:
【權(quán)利要求】
1.一種均衡能量效率和頻譜效率的方法，包括如下步驟: 步驟一、基站隨機(jī)為用戶設(shè)備分配發(fā)射功率，并向用戶設(shè)備發(fā)射發(fā)射功率指示； 步驟二、用戶設(shè)備根據(jù)收到的發(fā)射功率的指示設(shè)置發(fā)射功率，并通過上行；鏈路或周期報(bào)告將設(shè)置成功后的信息反饋回基站； 步驟三、基站通過對(duì)用戶設(shè)備反饋的發(fā)射功率進(jìn)行收集、采樣后，重新分配用戶設(shè)備的發(fā)射功率向量。
2.如權(quán)利要求1所述均衡能量效率和頻譜效率的方法，其中步驟一具體為: 假設(shè)網(wǎng)絡(luò)存在M個(gè)用戶設(shè)備，總粒子數(shù)為I，當(dāng)前迭代次數(shù)為t ;令t = O，對(duì)于We/，基站隨機(jī)設(shè)置分配給用戶設(shè)備的發(fā)射功率向量:
Pi (t) = [Pi；!(t), Pi；2(t),...,Pi；M(t)] [I] 其中對(duì)于Vj’eAf均有Pu(t) e [O，Pniax]，其中Pu (t)是基站為粒子i在第t次迭代中給用戶設(shè)備j分配的發(fā)射功率，Pmax為基站可分配給用戶設(shè)備的最大發(fā)射功率；記粒子i在第t次迭代中的最好當(dāng)前值為Qi(t) = [(^^^，(^^^，...，(^^^!，其中對(duì)于力^#，Qi, j (t)表示用戶設(shè)備j在粒子i的第t次迭代中的最好當(dāng)前值，令Qi (t) =PiU);全局最優(yōu)值記為Qg = [Qg;1，Qgj2, Qg;M]，其中對(duì)于V/eAf，Qg, j表示用戶設(shè)備j的全局最優(yōu)值，令Qg = {P* I * = Brgmaxi e XU[Pi (t) ]};基站隨機(jī)設(shè)置粒子i在第t次迭代中的功率該變量向量Vi(t) = [丫^⑴^口⑴”…^”⑴^其中對(duì)于^^髮均有^^⑴e [_Pmax，Pmax]，其中Vu(t)為粒子i在第t次迭代中的功率該變量，該變量用于公式[3]中重新計(jì)算用戶設(shè)備的發(fā)射功率，最終經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器、碼型正變換器、調(diào)制器后，將公式[I]中分配給用戶設(shè)備的發(fā)射功率的相應(yīng)指示打包發(fā)送給用戶設(shè)備。
3.如權(quán)利要求1所述均衡能量效率和頻譜效率的方法，其中步驟二具體為: 用戶設(shè)備經(jīng)過解調(diào)器、碼型反變換、模數(shù)轉(zhuǎn)換器后，根據(jù)成功收到的發(fā)射功率的指示設(shè)置發(fā)射功率，并通過上行鏈路或周期報(bào)告將設(shè)置成功后的信息反饋回基站。
4.如權(quán)利要求1所述均衡能量效率和頻譜效率的方法，其中步驟三具體為: 第一步、基站通過信號(hào)采集器對(duì)用戶設(shè)備反饋的發(fā)射功率進(jìn)行收集、采樣后，根據(jù)公式[2]更新每個(gè)粒子i中用戶設(shè)備j的功率該變量，
Vi；J (t+1) = w(t).Vi；J(t)+c1.ri；1 (t).[Qi； j (t) -Pi； j (t) ] +c2.ri； 2 (t).[Qg； j-Pi； j (t)][2] 其中w(t) = Wmax-(Wmax-Wmin).?/Τ,其均衡算法局部搜索和全局搜索的能力，wmax為w(t)的最大值，Wmin為W (t)的最小值，T為最大迭代次數(shù)。C1和C2為兩個(gè)正常數(shù)，! (t)和h2 (t)為兩個(gè)第t次迭代中屬于[O，I]間服從均勻分布的隨機(jī)變量； 第二步、基站根據(jù)公式[3]更新每個(gè)粒子i中用戶設(shè)備j的發(fā)射功率，
Pi；J(t+l) = Pi；J(t)+Vi；J(t) [3] 第三步、定義頻譜效率為: ns,( P ) = ^^,(1+-^^)[4] 其中P = [Ρι，ρ2? , Pm]為基站分配給用戶設(shè)備的發(fā)射功率向量，其中對(duì)于Μ/?，Pj表示基站分配給用戶設(shè)備j的發(fā)射功率，σ為復(fù)可加白高斯噪聲功率，hm為用戶設(shè)備m的信道沖擊響應(yīng)，具體可由公式[5]得到； 通過上行鏈路或周期報(bào)告，用戶設(shè)備m可將hm反饋給基站。K=Lhdtn[5] 其中fm是小尺度衰落，包括方差為1/2的零均值循環(huán)對(duì)稱復(fù)高斯隨機(jī)變量，G為發(fā)射天線和接收天線功率增益的乘積。，dm為用戶設(shè)備m和基站間的距離，α為路徑損耗指數(shù)，β為路徑損耗常數(shù)，Sffl為對(duì)數(shù)正態(tài)陰影衰落變量，IOlgsffl為標(biāo)準(zhǔn)差是的零均值高斯隨機(jī)變量；其中，定義能量效率為:
【文檔編號(hào)】H04W72/04GK103561430SQ201310585866
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】尤肖虎, 李知航, 潘志文, 劉楠 申請(qǐng)人:東南大學(xué)