一种d2d通信中基于线性搜索的带有服务质量保障的能效优化发射功率控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及D2D通信领域中，尤其是一种D2D通信中基于线性搜索的带有服务质 量保障的能效优化发射功率控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着移动终端设备的快速普及，网络信息的爆发式增长，人们对数据的需求也水 涨船高。因而通过对蜂窝网用户的资源复用来实现D2D直接通信的模式有着越来越广阔的 发展前景，尤其在提升能量效率以及下一代无线网络效率优化幅度方面更加值得期待。但 是由于在D2D通信过程中，D2D通信用户对网络中的蜂窝网用户进行了资源复用，不可避免 的会产生干扰，影响蜂窝网用户的通信质量。为了缓解该问题以充分利用D2D通信的优势， 必须能够控制由于资源复用所带来的蜂窝网用户与D2D通信用户之间的干扰。因此，本发 明实现利用控制用户发射功率的方法最大化D2D通信用户能量效率的同时保障网络中包 括D2D通信用户以及蜂窝网用户在内所有用户的服务质量，是十分有意义的。
【发明内容】
[0003] 为了弥补现有的关于D2D通信能效最优化控制方法并未考虑发射机电路基本功 率消耗及其影响的不足。本发明提供一种考虑发射机基本电路功耗、优化用户能量使用效 率的D2D通信中提供服务质量保障的能效优化发射功率控制方法。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005] -种D2D通信中基于线性搜索的带有服务质量保障的能效优化发射功率控制方 法，所述控制方法包括以下步骤：
[0006] (1)在D2D通信中，定义最优化问题为：实现最大化D2D通信用户的能量效率同时 保证包括D2D通信用户和蜂窝网用户的服务质量，通过采用控制D2D通信用户和蜂窝网用 户的发射功率的方法，将该最优化问题描述为问题P1 :
【主权项】
1. 一种D2D通信中基于线性搜索的带有服务质量保障的能效优化发射功率控制方法， 其特征在于：所述控制方法包括以下步骤： (1) 在D2D通信中，定义最优化问题为：实现最大化D2D通信用户的能量效率同时保证 包括D2D通信用户和蜂窝网用户的服务质量，通过采用控制D2D通信用户和蜂窝网用户的 发射功率的方法，将该最优化问题描述为问题Pl :
pmax > p > 〇 pmax > g > 〇 在问题Pl中，各参数定义如下： ρ :蜂窝网用户的发射功率； q :D2D通信用户的发射功率； h :D2D通信中发射机为其电路基本运作的功率消耗，发射功率除外； :蜂窝网用户的吞吐量要求； : D2D通信用户的吞吐量要求； Zfmx:蜂窝网用户的最大发射功率； Pfax: D2D通信用户的最大发射功率； gdd:D2D通信中发射用户到D2D通信中接收用户之间的信道增益； 8^蜂窝网用户到蜂窝网基站之间的信道增益； gdc;:D2D通信中发射用户到蜂窝网基站之间的信道增益； gc;d:蜂窝网用户到D2D通信中接收用户之间的信道增益； RJp^):蜂窝网用户的上行链路的吞吐量； Rd(p，q) :D2D通信用户的吞吐量； IV背景噪声功率； (2) 利用公式ιΡ= π 用q代替，与此同时，引入q新的上下界变量万与 QcB H Q将问题Pl等效地转化为一个对D2D通信用户发射功率的控制优化问题P2 :
受限制于：Q > q 2 2 ac = 2Kc ' - I, β?^ 2Kd ' - 1；
定义 A = gcBgdd，B = a a。％。，C = njg。# a ，并定义函数 F(z, q) = ?ο沒2 (I + - zq - z/i，将优化问题P2等效地转化为优化问题P3 : P3: rnaxQ^Qandz,〇z 受限制于：F(z，q)彡0 在问题P2和问题P3中，各参数定义如下： p :蜂窝网用户的发射功率； q :D2D通信用户的发射功率； h :D2D通信中发射机为其电路基本运作的功率消耗，发射功率除外； /?厂'蜂窝网用户的吞吐量要求； D2D通信用户的吞吐量要求； pjrmx:蜂窝网用户的最大发射功率； D2D通信用户的最大发射功率； gdd:D2D通信中发射用户到D2D通信中接收用户之间的信道增益； 8^蜂窝网用户到蜂窝网基站之间的信道增益； gdc;:D2D通信中发射用户到蜂窝网基站之间的信道增益； gc;d:蜂窝网用户到D2D通信中接收用户之间的信道增益； IV背景噪声功率； z :辅助待决定的控制变量； (3)为求解问题P3,变形成如下子问题： P3-A :q*(z) = arg max F (z, q) 受限制于： 然后利用q#(z)，解决如下子问题得到IzW}: P3-B ：max z 受限制于：F(z，q#(z))彡0 ζ^Ο 在子问题Ρ3-Α和子问题Ρ3-Β中，参数定义如下： q%D2D通信中用户发射功率的最优值； Iz*，q*}:问题P3的最优解； 采用分层的思想对问题P3进行优化求解，步骤为： 步骤3. 1 :对于步骤（3)中的唯一最优值q#(z)有：
步骤3. 2 :问题P3-B中最优的情况在F (z，cf (z)) = O下取得，另外定义D2D通信用户 的发射机电路运作基本功耗h的两个上下临界值）
1) 若h < H，那么问题P3的最优解{z' q，为：q*= Q，f = ^^0(g2 f 1 + 从而获得问题Pl的最优解为：D2D通信用户的最优发射功率q* = Q，蜂 窝网用户的最优发射功率f二^以及D2D通信用户的最大能量效率： QcB
2) 若/l > H，那么问题P3的最优解{z*，q*}为：Q，'二(1 + 从而获得问题Pl的最优解为：D2D通信用户的最优发射功率y 蜂 窝网用户的最优发射功率丨"二^^^，以及D2D通信用户的最大能量效率：
U^D 3) 若丑< /1 < 77,那么问题P3的最优解{z*，q*}通过如下过程求解： 步骤3. 2. 1 :设置S= Μ，Ξ = M，b为DU发送功率的上边界，a为下边界，num为单次 搜索数，搜索数集合为1_^ = 步长因子'σ = ?，e2为二分法计算误差 的限度； 步骤3. 2. 2 : Z = I (互+ Z)，初始化q = a，当前搜索数cnum = I ; 步骤3. 2. 3 :判断cnum>num，若是，则跳至步骤3. 2. 6,若否，则跳至步骤3. 2. 4 ; 步骤3. 2. 4
步骤 3. 2. 5 :q = q+ 〇，cnum = cnum+1，跳至步骤 3. 2. 3 ; 步骤3. 2. 6 ：^ ~ ^^cnumeM fcnum^ 步骤3. 2. 7 :如果-G 2〈F〈 G 2，则算法运行停止，输出：D2D通信用户的最优发射功率 q#= q，蜂窝网用户的最优发射功率P+ = aC(-，D2D通信用户的最大能量效率f QcB =z ;否则执行步骤3. 2. 8 ; 步骤3. 2. 8:如果F> e 2，将z赋值给b跳至步骤3. 2. 2 ;如果F〈- e 2，将z赋值给乏， 跳至步骤3. 2. 2。
【专利摘要】一种D2D通信中基于线性搜索的带有服务质量保障的能效优化发射功率控制方法，包括以下步骤：(1)通过对D2D通信用户和蜂窝网用户发射功率的控制，达到在保障服务质量前提下的D2D通信用户能效优化的目标，针对该问题进行建模；(2)通过引入辅助变量的方法将涉及D2D通信用户和蜂窝网用户发射功率控制的优化问题P1等效转换为只涉及D2D通信用户发射功率的优化问题P2；(3)通过分析，将优化问题P2转换为优化问题P3，并利用带有分层思想的线性搜索算法对其进行求解。本发明提供一种考虑发射机基本电路功耗、优化用户能量使用效率的D2D通信领域中提供服务质量保障的能效优化功率控制方法。
【IPC分类】H04W52-36, H04W52-26, H04W52-38
【公开号】CN104735767
【申请号】CN201510075890
【发明人】吴远, 陈佳超, 何艳飞, 钱丽萍
【申请人】浙江工业大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月12日