一种d2d通信中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] 本发明设及D2D通信领域中，尤其是一种D2D通信中带有服务质量保障的能效优 化功率控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着人们对于网络中数据信息越来越大的需求量，在当手机用户之间距离足够近 时就能够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W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通信用户之间干扰的问题。因此，本发明实现在最 大化D2D通信用户能量效率的同时保证网络中包括D2D通信用户W及蜂窝网用户的所有用 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案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、最优化用户能量使用 效率、提高资源利用率的D2D通信中的带有服务质量保障的能效优化发射功率控制方案。
[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W下步骤：
[0006] (1)在D2D通信中，要求实现最大化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，将该最优化问题描述如下；
【主权项】
1. 一种D2D通信中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，要求实现最大化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，将该最优化问题描述如下： 受限制于：
在问题Pl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； :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?
将P用q代替，与此同时，引入q新的上下界变量^与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
定义 A = gcBgdd，B = a a。％。，C = njg。# a ，并定义函数
〗，将优化问题P2等效地转化为优化问题P3 :
受限制于：F(z，q)彡O 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通信中发射机为电路基本运作的功率消耗，除发射功率外； i?tre￡? ··蜂窝网用户的吞吐量要求； /?% ·· D2D通信用户的吞吐量要求； /5Jna'?蜂窝网用户的最大发射功率； PfTui : 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：ρ 2 2殳 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O 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； IzW}:问题P3的最优解，上标表示参数在优化问题中的最优值； 通过求解子问题P3-A和P3-B，最终得到D2D通信中用户发射功率最优值cf以及最大 化的D2D通信中用户的能量效率。
2.如权利要求1所述的一种D2D通信中带有服务质量保障的能效优化功率控制方案， 其特征在于：所述步骤（3)中，采用了分层的思想对问题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： 其中，
A = gcBgdd，B = a cgcdgdc，C = n0 (gcB+ a cgcd); 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的两个上下临界值为：
① 若/1<旦，.那么问题P3的最优解{z*，q*}为：
，从而获得问题Pl的最优解为：D2D通信用户的最优发射功车^ =2,蜂 窝网用户的最优发射功-
.以及D2D通信用户的最大能量效率：
② 若/1 >1，那么问题P3的最优解{z*，q*}为：^
从而获得问题P1的最优解为：D 2 D通信用户的最优发射功率=泛， 蜂窝网用户的最优发射功率
以及D2D通信用户的最大能量效 率：
③ 若互< /1 < 77,那么问题P3的最优解{z*，q*}通过如下算法求解： 步骤具体如下： 步骤3. 2. I :设置$ = i二及，设置e 2为二分法计算误差的限度； 步骤3. 2. 2
步骤3. 2. 3 :计算
步骤3. 2.4 :如果-e 2〈Ρ(ζ，ν)〈 e 2，则算法运行停止，输出：D2D通信用户的最优发 射功率cf= q%蜂窝网用户的最优发射功-
D2D通信用户的最大能量 效率Zi"= z ;否则执行步骤3. 2. 5 ; 步骤3. 2. 5:如果F (z，qt) > e 2，将z赋值给互，跳至步骤3. 2. 2 ;如果F (z，0〈_ e 2， 将z赋值给跳至步骤3. 2. 2。
【专利摘要】一种D2D通信中带有服务质量保障的能效优化功率控制方法，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，以此为依据对该问题进行建模；(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一维线性搜索算法对其进行求解。本发明提供一种能够有效降低基站负载、增加频谱利用率、缓解无线通信系统频谱资源匮乏问题的D2D通信领域中带有服务质量保障的能效优化功率控制方法。
【IPC分类】H04W52-26
【公开号】CN104768213
【申请号】CN201410550498
【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7月8日
【申请日】2014年10月16日