本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种能量效率优化和资源分配的方法及其系统。
背景技术：
思科视觉网络指数(visualnetworkingindex，vni)全球移动数据流量预测的最新报告显示，2020年全球七成人口将成为移动互联用户并且人均拥有1.5个互联产品，而智能设备、移动视频和4g网络的增长将在未来五年推动移动数据流量增长八倍，这其中蕴藏的发展潜力给通信行业带来了前所未有的挑战，当前的无线通信技术在频谱效率上已经接近极限，长期演进(longtermevolution，lte)授权频谱资源已经非常拥挤。
为了进一步提高频谱资源的利用率，可以考虑使用非授权频段来为用户提供数据服务。2013年底，华为、爱立信等公司在第三代合作伙伴项目(3rdgenerationpartnershipproject，3gpp)中提出了lte非授权频段接入(licensedassistedaccess，laa)的技术需求。laa技术将lte系统的工作频段拓展至资源丰富且免费的非授权频段，有望大幅降低频率资源获取成本，有效分流网络负荷，减轻网络扩容压力。
因此，针对未来移动通信网络的未来发展状况，需要提出一种新颖能量效率优化和资源分配方法，如何将能量效率优化问题分解成三个子问题，如何在各种约束的限制下实现效用性能的提升和能量效率延迟均衡一直是业界亟需改进的目标。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能量效率优化和资源分配的方法及其系统，旨在解决如何在各种约束的限制下实现效用性能的提升和能量效率延迟均衡的技术问题。
本发明提出一种能量效率优化和资源分配的方法，其中，所述方法包括：
步骤一：计算小型基站使用授权频谱的用户在子信道上接收到的信干噪比；
步骤二：计算所述小型基站使用未授权频谱的用户在子信道上接收到的信干噪比；
步骤三：由所述小型基站的用户的容量计算所述小型基站里的所有用户的总的容量；
步骤四：计算得到效用函数；
步骤五：将等价目标函数进行重写；
步骤六：根据定义的吞吐量函数以及用户的平均吞吐量将优化问题进行重写；
步骤七：根据所述小型基站的用户的流量到达将所述优化问题再次进行重写；
步骤八：利用李雅普诺夫优化得到三个子问题的解。
优选的，在步骤一中，k个所述小型基站覆盖一个宏基站和一个wifi，每一个小型基站服务相同数量的用户数量u，而且每一个小型基站都可以利用授权频谱和未授权频谱服务用户，每一个小型基站有n1个授权子信道和n2个未授权子信道，
其中，计算小型基站使用授权频谱的用户u在子信道n上接收到的信干噪比为：
优选的，在步骤二中，计算所述小型基站使用未授权频谱的用户u在子信道n上接收到的信干噪比为：
其中，令
优选的，在步骤三中，由所述小型基站的用户u的容量
优选的，在步骤八中，利用李雅普诺夫优化求得使用授权频谱和使用未授权频谱的最优功率分配分别为：
另一方面，本发明还提供一种能量效率优化和资源分配的系统，包括：
第一计算模块，用于计算小型基站使用授权频谱的用户在子信道上接收到的信干噪比；
第二计算模块，用于计算所述小型基站使用未授权频谱的用户在子信道上接收到的信干噪比；
第三计算模块，用于由所述小型基站的用户的容量计算所述小型基站里的所有用户的总的容量；
第四计算模块，用于计算得到效用函数；
第一重写模块，用于将等价目标函数进行重写；
第二重写模块，用于根据定义的吞吐量函数以及用户的平均吞吐量将优化问题进行重写；
第三重写模块，用于根据所述小型基站的用户的流量到达将所述优化问题再次进行重写；
分配模块，用于利用李雅普诺夫优化得到三个子问题的解。
优选的，k个所述小型基站覆盖一个宏基站和一个wifi，每一个小型基站服务相同数量的用户数量u，而且每一个小型基站都可以利用授权频谱和未授权频谱服务用户，每一个小型基站有n1个授权子信道和n2个未授权子信道，
其中，所述第一计算模块具体用于：
计算小型基站使用授权频谱的用户u在子信道n上接收到的信干噪比为：
优选的，在所述第二计算模块具体用于：
计算所述小型基站使用未授权频谱的用户u在子信道n上接收到的信干噪比为：
其中，令
优选的，所述第三计算模块具体用于：
由所述小型基站的用户u的容量
优选的，所述分配模块具体用于：
利用李雅普诺夫优化求得使用授权频谱和使用未授权频谱的最优功率分配分别为：
本发明提供的技术方案通过调查异构小蜂窝网络在授权和未授权频谱中的子信道和功率分配，针对未授权和授权频谱中的共层和跨层干扰，使用李雅普诺夫优化方法来解决产生的问题，在用户服务质量，子信道分配唯一性和最大传输功率的限制下，也能够达到最优功率和信道分配，通过使用李雅普诺夫优化，将能量效率优化问题分解成三个子问题，并引入拉格朗日函数进行求解，实现效用性能的提升。本发明提出了一种使用wifi共享频谱的异构小蜂窝网络能量效率优化和资源分配方法，以实现效用性能的提升和能量效率延迟均衡。
附图说明
图1为本发明一实施方式中能量效率优化和资源分配的方法流程图；
图2为本发明一实施方式中能量效率优化和资源分配的系统10的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下将对本发明所提供的一种能量效率优化和资源分配的方法进行详细说明。
请参阅图1，为本发明一实施方式中能量效率优化和资源分配的方法流程图。
在本实施方式中，为了解决如何在各种约束的限制下实现效用性能的提升和能量效率延迟均衡的技术问题，本发明通过调查异构小蜂窝网络在授权和未授权频谱中的子信道和功率分配，针对未授权和授权频谱中的共层和跨层干扰，使用李雅普诺夫优化方法来解决产生的问题，在用户服务质量，子信道分配唯一性和最大传输功率的限制下，也能够达到最优功率和信道分配，通过使用李雅普诺夫优化，将能量效率优化问题分解成三个子问题，并引入拉格朗日函数进行求解，实现效用性能的提升。
在步骤s1中，步骤一：计算小型基站使用授权频谱的用户在子信道上接收到的信干噪比。
在本实施方式中，考虑一个时变异构小蜂窝ofdma网络，在步骤一中，k个所述小型基站(scbs)覆盖一个宏基站和一个wifi，每一个小型基站服务相同数量的用户数量u，而且每一个小型基站都可以利用授权频谱和未授权频谱服务用户，每一个小型基站有n1个授权子信道和n2个未授权子信道。
在本实施方式中，当子信道n分配给scbsk的用户u时，
这里κ＝{1,2,...,k}，n1＝{1,2,...,n1}，n2＝{1,2,...,n2}，并且n＝n1∪n2＝{1,2,...,n1,...,n1+n2}。
在本实施方式中，令
在步骤s2中，步骤二：计算所述小型基站使用未授权频谱的用户在子信道上接收到的信干噪比。
在本实施方式中，令
共层干扰容忍约束c3为：
在本实施方式中，令
其中，令
在步骤s3中，步骤三：由所述小型基站的用户的容量计算所述小型基站里的所有用户的总的容量。
在本实施方式中，wifi使用未授权频谱跨层干扰容忍c4为
使用未授权频谱共层干扰容忍约束c5为：
在本实施方式中，在步骤三中，scbsk的用户u的容量为
在本实施方式中，令用户的最小容量为ru，所以：
在步骤s4中，步骤四：计算得到效用函数。
在本实施方式中，能量效率ηee为：
为了使问题便于处理，使用授权频谱的scbsk接收到的共层干扰约束为：
使用未授权频谱的scbsk接收到的共层干扰约束为：
在步骤s5中，步骤五：将等价目标函数进行重写。
在本实施方式中，scbsk的用户u的容量和约束条件c6可以重写为：
等价目标函数可以重写为：
记scbsk的用户u的流量缓冲队列为：
在步骤s6中，步骤六：根据定义的吞吐量函数以及用户的平均吞吐量将优化问题进行重写。
在本实施方式中，定义吞吐量函数gr(.)，用户的平均吞吐量
在步骤s7中，步骤七：根据所述小型基站的用户的流量到达将所述优化问题再次进行重写。
在本实施方式中，记scbsk的用户u的流量到达γk,u，
在步骤s8中，步骤八：利用李雅普诺夫优化得到三个子问题的解。
在本实施方式中，在步骤八中，利用李雅普诺夫优化求得使用授权频谱和使用未授权频谱的最优功率分配分别为：
在本实施方式中，基于李雅普诺夫优化可以得到如下三个子问题的解：
(1)虚拟变量的解
(2)实际流量到达的最优解
(3)使用授权频谱的最优功率分配为
使用未授权频谱的最优功率分配为：
本发明提供的一种能量效率优化和资源分配的方法，通过调查异构小蜂窝网络在授权和未授权频谱中的子信道和功率分配，针对未授权和授权频谱中的共层和跨层干扰，使用李雅普诺夫优化方法来解决产生的问题，在用户服务质量，子信道分配唯一性和最大传输功率的限制下，也能够达到最优功率和信道分配，通过使用李雅普诺夫优化，将能量效率优化问题分解成三个子问题，并引入拉格朗日函数进行求解，实现效用性能的提升。本发明提出了一种使用wifi共享频谱的异构小蜂窝网络能量效率优化和资源分配方法，以实现效用性能的提升和能量效率延迟均衡。
以下将对本发明所提供的一种能量效率优化和资源分配的系统10进行详细说明。
请参阅图2所示为本发明一实施方式中能量效率优化和资源分配的系统10的结构示意图。
在本实施方式中，能量效率优化和资源分配的系统10，主要包括第一计算模块11、第二计算模块12、第三计算模块13、第四计算模块14、第一重写模块15、第二重写模块16、第三重写模块17和分配模块18。
第一计算模块11，用于计算小型基站使用授权频谱的用户在子信道上接收到的信干噪比。
第二计算模块12，用于计算所述小型基站使用未授权频谱的用户在子信道上接收到的信干噪比。
第三计算模块13，用于由所述小型基站的用户的容量计算所述小型基站里的所有用户的总的容量。
第四计算模块14，用于计算得到效用函数。
第一重写模块15，用于将等价目标函数进行重写。
第二重写模块16，用于根据定义的吞吐量函数以及用户的平均吞吐量将优化问题进行重写。
第三重写模块17，用于根据所述小型基站的用户的流量到达将所述优化问题再次进行重写。
分配模块18，用于利用李雅普诺夫优化得到三个子问题的解。
在本实施方式中，k个所述小型基站覆盖一个宏基站和一个wifi，每一个小型基站服务相同数量的用户数量u，而且每一个小型基站都可以利用授权频谱和未授权频谱服务用户，每一个小型基站有n1个授权子信道和n2个未授权子信道，
其中，所述第一计算模块11具体用于：
计算小型基站使用授权频谱的用户u在子信道n上接收到的信干噪比为：
在本实施方式中，在所述第二计算模块12具体用于：
计算所述小型基站使用未授权频谱的用户u在子信道n上接收到的信干噪比为：
其中，令
在本实施方式中，所述第三计算模块13具体用于：
由所述小型基站的用户u的容量
在本实施方式中，所述分配模块18具体用于：
利用李雅普诺夫优化求得使用授权频谱和使用未授权频谱的最优功率分配分别为：
本发明提供的一种能量效率优化和资源分配的系统10，通过调查异构小蜂窝网络在授权和未授权频谱中的子信道和功率分配，针对未授权和授权频谱中的共层和跨层干扰，使用李雅普诺夫优化方法来解决产生的问题，在用户服务质量，子信道分配唯一性和最大传输功率的限制下，也能够达到最优功率和信道分配，通过使用李雅普诺夫优化，将能量效率优化问题分解成三个子问题，并引入拉格朗日函数进行求解，实现效用性能的提升。
值得注意的是，上述实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如rom/ram、磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。