small cell用户无线资源优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及移动通信功率控制技术，尤其设及一种smallcell(小基站）用户无 线资源优化方法。
【背景技术】
[0002] Smallcell是低功率的无线接入节点，工作在授权的、非授权的频谱，可W覆盖10 米到200米的范围，smallcell是3G数据分流的重要成分，是管理LTE-A频谱的有效办法。
[0003] 随着绿色通信日益受到人们的关注，如何通过功率控制W提高异构网络中small cell的能效，是当前smallcell技术亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种smallcell用户无线资源优化方法，W提高 smallcell用户的能效。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种smallcell用户无线资源 优化方法，其特征在于：该方法由W下4个步骤组成：
[0006] 步骤1 ;在含smallcell小基站、宏蜂窝和D2D的异构网络中，建立smallcell用 户能效的目标函数，如式（1)所示：
[0007]
…
[0008] 该目标函数包括如下约束条件：
[0009] 1、蜂窝用户的最低传输速率要求，即其最低传输速率不能小于5。；
[0010]
[0011] 2、D2D的最低传输速率要求，即其最低传输速率不能小于5。；
[0012]
[0013] 3、smallcell用户、D2D用户和宏蜂窝用户的最大传输功率限定；
[0014] Ps，Pc，Pmax
[001引smallcell中包含一个smallcell用户；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；其中；Ps表不smallcell用户的传输功率，hsD表不small cell用户与D2D对接收用户间的信道增益，hse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，Pd表示D2D对发射用户的传输功率， h。表示D2D用户间的信道增益，Pe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，n。表示噪声功率，P表示D2D用户的电路功率消耗，he表示蜂窝 用户与宏基站间的信道增益，hue表示D2D对发射用户与宏基站间的信道增益，hps表示D2D对发射用户与小基站间的信道增益，ha表示蜂窝用户与小基站间的信道增益，max函数表 示最大化smallcell用户能效的目标函数；
[0016] 步骤2 ;由于W蜂窝用户传输功率、D2D用户传输功率和smallcell用户传输功 率为自变量的smallcell用户能效优化问题是一个非凸问题，直接进行求解非常困难；对 于相同的Ps来说，smallcell用户能效Us的值是随着蜂窝用户传输功率和D2D用户传输 功率的增加而减小的，因此，在满足约束条件1和约束条件2中蜂窝用户和D2D用户的最小 容量要求情况下取临界值时smallcell用户能效是最大的；由约束条件1和约束条件2可 得：
[0020] 分别令聲^1,#0= 2"。-U由上式可W求得Wsmallcell用户传输功率为 自变量的蜂窝用户传输功率和D2D用户传输功率，分别如下；
[0021]
[002引再将式妨代入到原优化问题式（1)中可得等效优化函数为：
[0023]
W
[0024] 此时目标函数的约束条件为：
[0025] Ps《P'max [002引其中
[0029]
[0030] 该样，将WPs、Pe和Pd为自变量的原能效优化问题转化为只WPs为自变量的等效 能效优化问题；
[0031] 步骤3 ;利用凸优化理论可证明式巧）中等效优化问题的目标函数关于Ps具备严 格的先增后减的曲线特性；
[0032] 步骤4 ;设计基于导数的二分法算法求解最优传输功率点。
[0033] 优选地，所述步骤4中，采用基于导数的二分法算法求解最优传输功率点，具体包 括如下步骤：
[0034] a).令入> 1，j= 0,收敛口限值为e，求得州旬|如炒1的值；
[0044] 其中，A表示步长，j表示循环次数，嗦示第j次循环时smallcell用户的 传输功率，表示初始传输功率，砖表示最优解传输功率，丫（Ps)表示式（5)能效函数一 阶导数的分子，Psi、Ps2、i>s表示中间值。
[0045] 本发明提供的方法填补了现有smallcell技术研究在异构网络中的空白，首次建 立了包含宏蜂窝、smallcell和D2D的异构网络中smallcell用户的能效函数数学模型， 并将原=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；采用本发明能够使得异构网络中的smallcell用户的能效达到最优值。
【具体实施方式】
[0046] 为使本发明更明显易懂，兹W-优选实施例，作详细说明如下。
[0047] smallcell用户无线资源优化方法的具体实现过程如下：
[0048] 步骤1 ;在含smallcell小基站、宏蜂窝和D2D的异构网络中，建立smallcell用 户能效的目标函数，如式（1)所示：
[0049]
…
[0050] 该目标函数包括如下约束条件：
[0051] 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5。；
[0052]
[0053]2、D2D的最低传输速率要求，即最低传输速率不能小于5D;
[0054]
[00巧]3、smallcell用户、D2D用户和宏蜂窝用户的最大传输功率限定；
[0056] Ps，Pc，PD《Pmax
[0057] smallcell中包含一个smallcell用户。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。其中；Ps表示smallcell用户的传输功率，hsD表示small cell用户与D2D对接收用户间的信道增益，hse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，PD表示D2D对发射用户的传输功率， h。表不D2D用户间的信道增益，Pe表不蜂窝用户的传输功率，h表不蜂窝用户与D2D对接 收用户间的信道增益，n。表示噪声功率，PWit表示D2D用户的电路功率消耗，he表示蜂窝 用户与宏基站间的信道增益，hue表示D2D对发射用户与宏基站间的信道增益，hDs表示D2D 对发射用户与小基站间的信道增益，ha表示蜂窝用户与小基站间的信道增益。（1)式中的 max函数表示最大化smallcell用户的能效函数。
[0058] 步骤2 ;由于W蜂窝用户传输功率、D2D用户传输功率和smallcell用户传输功率 为自变量的smallcell用户能效优化问题是一个非凸问题，直接进行求解非常困难。对于 相同的Ps来说，smallcell用户能效Us的值是随着蜂窝用户传输功率和D2D用户传输功 率的增加而减小的，因此，在满足约束条件1和约束条件2中蜂窝用户和D2D用户的最小容 量要求情况下取临界值（即取等号）时smallcell用户能效是最大的。由约束条件1和 约束条件2可得：
[0059]
(2)
[0060] 良P;
[0061]
(3)
[0062]分别令年=2*-'_1，0日=23。-1，由上式可W求得Wsmallcell用户传输功率为 自变量的蜂窝用户传输功率