一种基于异构网络的d2d高能效功率优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，包括在异构网络场景下建立包含宏峰窝、small?cell和D2D的异构网络中D2D用户的能效函数数学模型；利用约束条件将原三维优化问题转化为一维优化问题；由于其存在全局最优功率点；因此通过基于导数的二分法算法求解最优功率点。本发明能够提高异构网络中D2D用户的能效，满足绿色通信和延长移动终端电池使用时间的要求。
【专利说明】—种基于异构网络的D2D高能效功率优化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动通信功率控制技术，尤其涉及一种异构网络中的D2D高能效功率优化方法。
【背景技术】
[0002]目前，为解决频谱资源紧张和提高通信速率，人们普通采用速率高、功耗低的D2D(device-to-device)技术，即蜂窝终端直通技术，但是当前的D2D技术研究都是在传统蜂窝网络中进行的，系统中只包含两种用户，一种是宏峰窝用户，一种是D2D用户，即对应到(I)式中时就少了 PshSD这项，相应的自变量也只是单独以D2D用户传输功率为自变量，而不是这里研究的以PD，Ps, Pc三种用户传输功率为自变量。
[0003]随着绿色通信日益受到人们的关注，如何通过功率控制以提高异构网络中D2D用户的能效，是当前D2D技术亟待解决的。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，该方法通过功率控制提高异构网络中D2D用户的能效。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，包括如下步骤:
[0006]步骤一，异构网络场景下，根据D2D对发射用户的传输功率PD、蜂窝用户的传输功率Ppsmall cell用户的传输功率Ps为自变量，建立能效的目标函数，该能效的目标函数的约束条件满足:蜂窝用户的最低传输速率不能小于SdSmall cell用户的最低传输速率不能小于δ s ;以及满足D2D用户、small cell用户和宏峰窝用户的最大传输功率限定；其中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；small cell中包含一个 small cell 用户；
[0007]步骤二，将步骤一中的D2D对发射用户的传输功率PD、蜂窝用户的传输功率P。、small cell用户的传输功率为自变量Ps为自变量的原能效优化问题转化为只以D2D对发射用户的传输功率Pd为自变量的等效能效优化问题。
[0008]步骤三，将步骤二得到的等效能效优化问题通过基于导数的二分法算法求解出其最优传输功率点。
[0009]所述步骤一中的能效的目标函数如下:
【权利要求】
1.一种基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤一，异构网络场景下，根据D2D对发射用户的传输功率PD、蜂窝用户的传输功率P。、small cell用户的传输功率Ps为自变量，建立能效的目标函数，该能效的目标函数的约束条件满足:蜂窝用户的最低传输速率不能小于SdSmall cell用户的最低传输速率不能小于Ss ;以及满足D2D用户、small cell用户和宏峰窝用户的最大传输功率限定；其中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；small cell中包含一个small cell 用户； 步骤二，将步骤一中的D2D对发射用户的传输功率PD、蜂窝用户的传输功率P。、smal Icell用户的传输功率为自变量Ps为自变量的原能效优化问题转化为只以D2D对发射用户的传输功率Pd为自变量的等效能效优化问题。 步骤三，将步骤二得到的等效能效优化问题通过基于导数的二分法算法求解出其最优传输功率点。
2.根据权利要求1所述的基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，其特征在于:所述步骤一中的能效的目标函数如下:
该目标函数包括如下约束条件: ①蜂窝用户的最低传输速率不能小于
②Smallcell用户的最低传输速率不能小于3S:
③D2D用户、smallcell用户和宏峰窝用户的最大传输功率限定:
Pd，Po Ps ^ Pmax 其中:PD表示D2D对发射用户的传输功率，hD表示D2D用户间的信道增益,P。表示蜂窝用户的传输功率，表示蜂窝用户与D2D对接收用户间的信道增益，Ps表示small cell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，Iitl表示噪声功率，Pctouit表示D2D用户的电路功率消耗，h。表示蜂窝用户与宏基站间的信道增益，hD。表示D2D对发射用户与宏基站间的信道增益，hsc表示small cell用户与宏基站间的信道增益，hs表示small cell用户与小基站间的信道增益，hDS表示D2D对发射用户与小基站间的信道增益，1^表示蜂窝用户与小基站间的信道增益；δ ^为蜂窝用户的传输速率的临界值，δ5为Small cell用户的传输速率的临界值。
3.根据权利要求2所述的基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，其特征在于:所述步骤二中将步骤一中的D2D对发射用户的传输功率PD、蜂窝用户的传输功率P。、smallcell用户的传输功率为自变量Ps为自变量的原能效优化问题转化为只以D2D对发射用户的传输功率Pd为自变量的等效能效优化问题的方法包括以下步骤:步骤二 a，在满足约束条件①和约束条件②中蜂窝用户和small cell用户的最小容量要求情况下取临界值时D2D用户能效是最大的，求得以D2D对发射用户传输功率为自变量的蜂窝用户传输功率和small cell用户传输功率。 步骤二b，将步骤二 a中求得以D2D对发射用户传输功率为自变量的蜂窝用户传输功率和small cell用户传输功率带入到步骤一中的能效的目标函数，得到其等效优化问题。
4.根据权利要求3所述的基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，其特征在于:所述步骤二 a中求得以D2D对发射用户传输功率为自变量的蜂窝用户传输功率和smal I cell用户传输功率的方法包括以下步骤: 首先，在满足约束条件①和约束条件②中蜂窝用户和small cell用户的最小容量要求情况下取临界值时D2D用户能效是最大的，由约束条件①和约束条件②可得:
其次，令-1,化=2&-1，有上式可求得以020对发射用户传输功率为自变量的蜂窝用户传输功率和small cell用户传输功率,分别如下:
5.根据权利要求4所述的基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，其特征在于:所述步骤二 b中得到的等效优化问题为:
该目标函数的约束条件为:
6.根据权利要求5所述的基于异构网络的D2D高能效功率优化方法，其特征在于:所述步骤三中将步骤二得到的等效能效优化问题通过基于导数的二分法算法求解出其最优传输功率点的方法包括以下步骤: 4a).令λ >1，j = O，收敛门限值为ε，求得
的值；
其中PdM表不初始传输功率P表不最优解传输功率，Y (Pd)表不(6)式能效函数一阶导数的分子，Pd1, Pd2, Pfl表示中间值。
【文档编号】H04W4/00GK104202716SQ201410467195
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】蒋雁翔, 刘强, 鲁宁宁, 尤肖虎 申请人:东南大学