一种两层异构网络中高谱效低功耗的功率控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种两层异构网络中高谱效低功耗的功率控制方法，首先同时对宏基站和小基站的功率控制问题进行数学建模，然后通过两层迭代对所形成的优化问题进行求解。在第一层迭代中，宏基站用户根据所有小基站用户的行动计算自己的传输功率策略。在第二层迭代中，各个小基站用户根据其他小基站用户的传输功率策略，通过不断迭代来获得自己的传输功率策略。采用本发明所提出的功率控制方法，不仅能够提高系统吞吐量，还能降低系统功耗。
【专利说明】
-种两层异构网络中高谱效低功耗的功率控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种两层异构网络中高谱效低功耗的功率控制方法，属于移动通信功 率控制技术。
【背景技术】
[0002] 随着全球通信产业的快速发展，通信系统高能耗问题愈加明显，如何有效提升网 络的能量效率越来越紧迫。小基站等低功耗接入点的引入不但使得整个网络的能耗大大降 低，而且小基站等低功率节点的部署更加靠近用户终端，短距离传输将经历更小的路损及 衰落，整个网络的吞吐量也随之上升。因此，由宏基站和大量小基站构成的异构网已成为业 界关注的焦点。
[0003] 随着无线通信技术的蓬勃发展，如何同时对宏基站用户和小基站用户进行功率控 制W有效提高系统容量和降低功耗，是当前两层异构网络亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种两层异构网络中高 谱效低功耗的功率控制方法，W提高移动通信两层异构网络的容量和降低功耗。
[0005] 技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] -种两层异构网络中高谱效低功耗的功率控制方法，包括如下步骤：
[0007] (1)设定每个信号间隔只有一个活跃用户向为其提供服务的基站传输数据，初始 化外层迭代次数n = l，初始化宏基站用户的传输功率P〇(n);
[000引（2)初始化内层迭代次数m=l，初始化第k个小基站用户的传输功率々>7);
[0009] (3)计算第m+1次内层迭代时，第k个小基站用户的传输功率/^,'《 + 1);
[0010] (4)判断(/Π + Γ川/? (m)是否在阔值范围内：若在阔值范围内，则判断第k个小基 站用户的传输功率保持不变，进入步骤(5);否则，判断第k个小基站用户的传输功率变化，m =m+l，返回步骤(3);
[0011] (5)判断是否所有小基站用户的传输功率均保持不变:若均保持不变，则进入步骤 (6);否则，m=m+l，返回步骤（3);
[0012] (6)计算第n+1次外层迭代时，宏基站用户的传输功率P日(n+1);
[0013] (7)判断Po(n+1)与Po(η)是否在阔值范围内：若在阔值范围内，则判断宏基站用户 的传输功率保持不变，将当前的化宏基站用户的传输功率和所有小基站用户的传输功率配 置作为最终配置;否则，判断宏基站用户的传输功率变化，n = n+l，m=m+l，返回步骤(3)。
[0014] 具体的，所述步骤(3)中，+ 0的计算方法如下：
[0015]
[0016] 其中：/Uw + 〇为第m+1次内层迭代时第k个小基站用户的传输功率，Ak表示第k个 小基站用户的功耗价格，No表示噪声，化0表示宏基站与第k个小基站用户之间的干扰链路增 益，P〇(n)为第η次外层迭代时宏基站用户的传输功率，化1表示第k个小基站用户与第1个小 基站用户之间的干扰链路增益，專(朗为第m次内层迭代时第1个小基站用户的传输功率，Hkk 表示第k个小基站用户与第k个小基站之间的链路增益;k=l，2,…，Κ，Κ为小基站总数。
[0017] 具体的，所述步骤(6)包括如下步骤：
[0023] (66)宏基站用户的传输功率Ρο(η+1)的计算方法如下：
[0024] 当 C22-4CiC3<0 时：
[0025] Po (n+1) = argmax { Umbs (Pomax), Umbs (Pomin)}
[0026] 当 C22-4CiC3>0 时：
[0027] P〇(n+l) = ar gmax { Umbs (Pomax), Umbs (Pomin), Umbs (Poxi), Umbs (P〇x2)}
[002引其中：化k表示第k个小基站与宏基站用户之间的干扰链路增益，λ0表示宏基站用户 的功耗价格，W + 0为第m+1次内层迭代时第1个小基站用户的传输功率;Umbs(Po)表示宏 基站用户的传输功率为Po时宏基站用户效用函数;化0表示宏基站用户与宏基站之间的链路 增益;Pt表示小基站用户的最大传输功率约束;argmax的含义为将使得宏基站用户效用函 数取得最大值的宏基站用户的传输功率作为P0(n+l)。
[0029]有益效果:本发明提供的两层异构网络中高谱效低功耗的功率控制方法，与现有 技术相比，具有如下优势：1、本发明同时W系统容量和系统功耗为优化目标，能够在提高系 统容量的同时，降低系统功耗;2、本发明能够同时对宏基站用户与小基站用户的功率进行 控制;3、本发明采用分布式的功率控制方法，能够降低功率控制的复杂度。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明的应用场景示意图；
[0031] 图2为本发明的实施流程图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0033] -种两层异构网络中高谱效低功耗的功率控制方法，包括如下步骤：
[0034] (1)设定每个信号间隔只有一个活跃用户向为其提供服务的基站传输数据，初始 化外层迭代次数n = l，初始化宏基站用户的传输功率P〇(n)。
[0035] (2)初始化内层迭代次数m=l，初始化第k个小基站用户的传输功率/? 。
[0036] (3)计算第m+1次内层迭代时，第k个小基站用户的传输功率/^/" +巧。
[0037] 6. (/"+叫的计算方法如下：
[00；3 引
[0039] 其中：每批+ 1)为第m+1次内层迭代时第k个小基站用户的传输功率，Ak表示第k个 小基站用户的功耗价格，No表示噪声，化0表示宏基站与第k个小基站用户之间的干扰链路增 益，P〇(n)为第η次外层迭代时宏基站用户的传输功率，化1表示第k个小基站用户与第1个小 基站用户之间的干扰链路增益，为第m次内层迭代时第1个小基站用户的传输功率，Hkk 表示第k个小基站用户与第k个小基站之间的链路增益;k=l，2,…，Κ，Κ为小基站总数。
[0040] (4)判断巧与4(w)是否在阔值范围内：若在阔值范围内，则判断第k个小基 站用户的传输功率保持不变，进入步骤(5);否则，判断第k个小基站用户的传输功率变化，m =m+l，返回步骤(3)。
[0041] (5)判断是否所有小基站用户的传输功率均保持不变:若均保持不变，则进入步骤 (6);否则，m=m+l，返回步骤（3)。
[0042] (6)计算第n+1次外层迭代时，宏基站用户的传输功率Po(n+l)。
[0043] (61)定义
[0044] (62)定义宏基站用户效用函勤
[0045] (63)定义。=Βλ〇 化00-B)，C2=Αλ〇 (2B-H00)，C3=ΑΗο〇-λ〇Α2;
[004引（66)宏基站用户的传输功率P0(n+l)的计算方法如下：
[0049]当 C22-4CiC3<0时：
[0050 ] Po (n+1) = argmax { Umbs (Pomax), Umbs (Pomin)}
[0化1]当 C22-4CiC3>0 时：
[0052] P〇(n+l) =argmax{Umbs(Pomax),Umbs(Pomin),Umbs(Poxi),Umbs(P〇x2)}
[0053] 其中：化k表示第k个小基站与宏基站用户之间的干扰链路增益，λ〇表示宏基站用户 的功耗价格，^ W + 0为第m+1次内层迭代时第1个小基站用户的传输功率;Umbs(Po)表示宏 基站用户的传输功率为Po时宏基站用户效用函数;化0表示宏基站用户与宏基站之间的链路 增益;Pt表示小基站用户的最大传输功率约束;argmax的含义为将使得宏基站用户效用函 数取得最大值的宏基站用户的传输功率作为P〇(n+l)。
[0054] (7)判断Po(n+1)与Po(η)是否在阔值范围内：若在阔值范围内，则判断宏基站用户 的传输功率保持不变，将当前的化宏基站用户的传输功率和所有小基站用户的传输功率配 置作为最终配置;否则，判断宏基站用户的传输功率变化，n = n+l，m=m+l，返回步骤(3)。
[0055] W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W做出若干改进和润饰，运些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种两层异构网络中高谱效低功耗的功率控制方法，其特征在于:包括如下步骤： (1) 设定每个信号间隔只有一个活跃用户向为其提供服务的基站传输数据，初始化外 层迭代次数n = l，初始化宏基站用户的传输功率P〇(n); (2) 初始化内层迭代次数m= 1，初始化第k个小基站用户的传输功率片（"7): (3) 计算第m+1次内层迭代时，第k个小基站用户的传输功率為+ ⑷判断4(w + l)与犮（/")是否在阈值范围内：若在阈值范围内，则判断第k个小基站用 户的传输功率保持不变，进入步骤(5);否则，判断第k个小基站用户的传输功率变化，m=m+ 1，返回步骤(3); (5) 判断是否所有小基站用户的传输功率均保持不变:若均保持不变，则进入步骤(6); 否则，m=m+l，返回步骤(3); (6) 计算第n+1次外层迭代时，宏基站用户的传输功率P〇(n+l); (7) 判断P〇(n+l)与P〇(n)是否在阈值范围内：若在阈值范围内，则判断宏基站用户的传 输功率保持不变，将当前的化宏基站用户的传输功率和所有小基站用户的传输功率配置作 为最终配置;否则，判断宏基站用户的传输功率变化，η = n+1，m=m+1，返回步骤(3)。2. 根据权利要求1所述的两层异构网络中高谱效低功耗的功率控制方法，其特征在于： 所述步骤(3)中，為(《 +1)的计算方法如下：其中：^ + ?为第m+1次内层迭代时第k个小基站用户的传输功率，Ak表示第k个小基 站用户的功耗价格，No表示噪声，Hk〇表示宏基站与第k个小基站用户之间的干扰链路增益， P〇(n)为第η次外层迭代时宏基站用户的传输功率，Hki表示第k个小基站用户与第1个小基站 用户之间的干扰链路增益，为第m次内层迭代时第1个小基站用户的传输功率，Hkk表示 第k个小基站用户与第k个小基站之间的链路增益;k = 1，2，…，K，K为小基站总数。3. 根据权利要求2所述的两层异构网络中高谱效低功耗的功率控制方法，其特征在于： 所述步骤(6)包括如下步骤：(63)定义Ci = Βλ〇(Hqq-B)，C2 = Αλ〇( 2B-Hqq)，C3=ΑΗοο-λοΑ2;(66)宏基站用户的传输功率P〇(n+l)的计算方法如下： 当。22-4&。3<0 时： P〇 (n+1 ) - arg max { UmBS (P〇max)，UmBS ( P〇min) } 当&2-4&(：3 彡 0时： P〇(n+l) =arg max{UMBS(P〇max)，UMBS(P〇min)，UMBS(P〇xl)，UMBS(P〇x2) } 其中：H〇k表示第k个小基站与宏基站用户之间的干扰链路增益，λο表示宏基站用户的功 耗价格，/〃 +1)为第m+1次内层迭代时第1个小基站用户的传输功率;UMBS(Ρ〇)表示宏基站 用户的传输功率为Ρο时宏基站用户效用函数;Hoo表示宏基站用户与宏基站之间的链路增 益;Pt表示小基站用户的最大传输功率约束;arg max的含义为将使得宏基站用户效用函数 取得最大值的宏基站用户的传输功率作为P〇(n+l)。
【文档编号】H04W52/18GK106060906SQ201610348585
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】蒋雁翔, 鲁宁宁, 郑福春, 高西奇, 尤肖虎
【申请人】东南大学