一种具有部分连通性的异构网络的功率控制方法与流程

本发明涉及移动通信功率控制技术，尤其涉及一种具有部分连通性的异构网络的功率控制方法。

背景技术：

近年来，移动数据业务量几乎呈指数增长，到2020年将达到当前的千倍。同时，随着信息技术系统能源消耗所占比例的不断增加，降低移动通信网络系统的能耗已逐渐成为移动通信发展的重要目标。而目前的第四代移动通信系统(fourth-generation，4g)将难以满足未来移动通信对频谱效率和能耗效率的需求。这对第五代移动通信系统(fifth-generation，5g)的频谱效率和能耗效率提出了极大挑战。如何在4g基础上，将无线移动通信的频谱效率和功率效率进一步提升一个量级，是5g的核心所在。5g的发展需要在网络系统结构、组网技术及无线传输技术等方面进行新的变革，从根本上解决移动通信的频谱有效性和功率有效性问题，实现更高频谱效率和绿色无线通信的双重目标。

由于容量需求和能量消耗急剧增加，未来的5g移动通信系统面临严峻挑战。通过小蜂窝技术可以有效解决移动通信网络的容量提升和降低能耗等问题，因此受到业界广泛关注。随着无线通信技术的蓬勃发展，如何通过功率控制有效提高系统容量和降低功耗，是当前具有部分连通性的异构网络的亟待解决的。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种具有部分连通性的异构网络的低复杂度高能效的功率控制方法，以提高异构网络的容量和降低功耗。本发明采用的技术方案为：一种具有部分连通性的异构网络的功率控制方法，包括如下步骤：

步骤1，对异构网络中的用户进行分组，第n个小组内的所有用户复用第n个子载波；

步骤2，根据小组的大小，为第n个小组设计ln个功率分配策略；

步骤3，对第n个小组的所有用户进行功率离散化，每个用户随机从所属小组的ln个功率分配策略随机选择一个功率分配策略进行初始化；

步骤4，根据每个用户的功率分配策略，计算能效平均值een；

步骤5，根据能效平均值een为第n个小组中的每一个用户选择一个功率分配策略：

步骤6，重复步骤4～步骤5，直到每组用户的功率分配策略不再改变。

步骤1中，设定异构网络中共有k个用户，根据小蜂窝网之间是否连通，将有连通关系的小蜂窝网分为一个小组，同一个小组中的任意两个小蜂窝网直接连通，或通过本小组内的其他小蜂窝网间接连通；总共分为n个小组，第n个小组记为gn，所有小组记为{g1,g2,…,gn}，第n个小组内的所有用户复用第n个子载波。

步骤1中，限定每个小组中最大允许的用户数量为m；对异构网络中的小蜂窝网进行预分配，若一个小组中的用户数量大于m，根据各用户与最中心的小蜂窝网的距离，将最远的用户剔除相应小组中，直至该小组中的用户数为m。

对于剔除出的用户，根据小蜂窝网之间是否连通重新分组，将有连通关系的小蜂窝网分为一个小组，依然要求每个小组中最大允许的用户数量为m。

步骤2中，结合小组的大小，采用几何注水法为第n个小组设计ln个功率分配策略；注水步长和注水体积考虑其他小组的记载及噪声对本小组载波的干扰和本小组用户之间的链路增益(参考cn201510574860.0专利)。

步骤4包括：计算第n个小组中的第k个用户复用第n个子载波的能效een,k(参考cn201510574860.0专利)，根据能效een,k计算能效平均值een：

其中，kn表示复用第n个子载波的用户个数；如果没有用户复用第n个子载波，则een＝0。

步骤5包括：对于任意一个用户，随机选择一个功率分配策略，若该功率分配策略不能使其能效大于能效平均值een，则继续随机选择一个功率分配策略，直至所选的功率分配策略使其能效大于能效平均值een，判断功率分配是否收敛，若收敛，则将该功率分配策略作为最新的功率分配策略，否则继续随机选择一个功率分配策略，直至所选的功率分配策略使其能效大于能效平均值een且收敛；若所有的功率分配策略都不能使其能效大于能效平均值een或收敛，则维持功率分配策略不变。

有益效果：本发明提供的具有部分连通性的异构网络的低复杂度高能效的功率控制方法，与现有技术相比，具有如下优势：

1、本发明以能效为优化目标，能够在一定程度上提高系统容量，同时降低功率消耗；

2、本发明采用分布式的功率控制方法，能够使得每个用户分别优化各自的能效，从而将功率控制的复杂度从指数降低到了线性；

3、本发明提供的功率控制方法，在进行功率分配时，各个用户选择大于每组用户能效平均值的策略，因此极大提高了用户间的公平性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为具有部分连通特性的异构网络示意图。

图2为本发明的功率控制方法施例流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

本发明提供了一种具有部分连通性的异构网络的功率控制方法，如图2所示，包括如下步骤：

(1)如图1所示为具有部分连通特性的异构网络示意图，该异构网络中共有k个用户；根据小蜂窝网之间是否连通，将有连通关系的小蜂窝网分为一个小组，同一个小组中的任意两个小蜂窝网直接连通，或通过本小组内的其他小蜂窝网间接连通；总共分为n个小组，第n个小组记为gn，所有小组记为{g1,g2,…,gn}，第n个小组内的所有用户复用第n个子载波；限定每个小组中最大允许的用户数量为m；对异构网络中的小蜂窝网进行预分配，若某个小组中的用户数量大于m，根据各用户与最中心的小蜂窝网的距离，将最远的用户剔除相应小组中，直至该小组中的用户数为m；剔除出的用户，根据小蜂窝网之间是否连通重新分组，依然要求每个小组中最大允许的用户数量为m；

(2)结合小组的大小，采用几何注水法为第n个小组设计ln个功率分配策略；注水步长和注水体积考虑其他小组的记载及噪声对本小组载波的干扰和本小组用户之间的链路增益；

(3)对第n个小组的所有用户进行功率离散化，每个用户随机从所属小组的ln个功率分配策略随机选择一个功率分配策略进行初始化；

(4)根据每个用户的功率分配策略，计算第n个小组中的第k个用户复用第n个子载波的能效een,k，再根据能效een,k计算能效平均值kn表示复用第n个子载波的用户个数；如果没有用户复用第n个子载波，则een＝0；

(5)根据能效平均值een为第n个小组中的每一个用户选择一个功率分配策略：对于任意一个用户，随机选择一个功率分配策略，若该功率分配策略不能使其能效大于能效平均值een，则继续随机选择一个功率分配策略，直至所选的功率分配策略使其能效大于能效平均值een，判断功率分配是否收敛，若收敛，则将该功率分配策略作为最新的功率分配策略，否则继续随机选择一个功率分配策略，直至所选的功率分配策略使其能效大于能效平均值een且收敛；若所有的功率分配策略都不能使其能效大于能效平均值een或收敛，则维持功率分配策略不变；

(6)重复步骤(4)到(5)，直到每组用户的功率分配策略不再改变。

本发明提供了一种具有部分连通性的异构网络的功率控制方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。