[发明专利]一种基于用户空间情境信息的低能耗传输方法

权利要求书

1.一种基于用户空间情境信息的低能耗传输方法，包括以下几个步骤：

步骤一：基站收集用户的空间情境信息和数据请求信息，中心处理器或基站设定数据传输的总时长T、时隙宽度Δt和总时隙个数确定第n个时隙内接收端的等价平均信噪比λ_n，将λ_n选为第n个时隙所包含的多个时刻中接收端的最小平均信噪比，其中平均信噪比是指平均信道增益与接收端噪声方差的比值；对各时隙的等价平均信噪比由低到高进行排序，记为定义N为基站进行数据传输的总时隙个数，N≤N‾,]]>初始化N为：N=N‾;]]>

步骤二：给定N，计算辅助变量l，用于对各时隙用户接收数据量的均值和方差进行近似，具体包括：

1)给定辅助变量l的取值范围[l_min,l_max]，计算

2)给定变量l，按照下述步骤三的方法计算基站在N个时隙的发射功率，记为p_n，n＝1，…，N；

3)计算第n个时隙传输数据量的均值E_n，和第n个时隙传输数据量的方差为：σn2=Δt2·(∫0∞log22(1+pnλ‾nx)xNt-1e-x(Nt-1)!dx-En2),]]>

其中：N_t表示基站发射天线数，x为积分变量；

4)计算数据传输的中断概率ε为：ϵ=12(1+erf((STB-Σn=1NEn)/2Σn=1Nσn2)),]]>

其中：S表示用户的平均数据请求，B表示用户占用的带宽，erf(·)表示误差函数；

5)如果ε≤ε₀，则令l_max＝l；反之，令l_min＝l，其中ε₀表示用户业务可容忍的最大中断概率值；

6)重复步骤1)-5)，直至l_max-l_min＜δ，其中δ是门限值；

步骤三：给定N和步骤二得到的l值，求解下述总发射功率最小化问题：

minpΣn=1Npn]]>

s.t.Pr(Σn=1Nlog2(1+pnλ‾n||h||2)≤TSB·Δt)≤ϵ0---(1)]]>

p_n≥0，p_n≤p_max，n＝1，2，3，…，N  (2)

其中，p_max为基站最大发射功率，表示小尺度衰减信道，表示复数域，表示实数域，Pr(·)表示概率值；约束(1)表示数据传输的中断概率不超过用户业务要求的最大值，约束(2)表示基站的发射功率限制；

将上述优化问题转换为如下的标准凸优化问题：

minpΣn=1Npn]]>

s.t.V·ln(2)-Σn=1Nln(l+pnλ‾n)≤0]]>

p_n≥0,p_n≤p_max,n＝1,2,3,…,N

其中，V=TSB·Δt-log2(e)·2Nψ·(Nt)·erf-1(2ϵ0-1)-Nlog2(e)·ψ(Nt),ψ(·)]]>为欧拉双伽马函数，为欧拉双伽马函数的导函数，erf^-1(·)为误差函数的反函数；

该问题采用如下次优闭式解：

pn=0,λ‾n≤lηη-lλ‾n,λ‾n>lη]]>

其中，η的计算方法如下：

令i＝1，计算zi=N-i+1lNΠj=iNλ‾j/2V;]]>如果λ‾i<zi,]]>更新i＝i+1和z_i；如果λ‾i≥zi,]]>计算η为：η=2V/(li-1Πj=iNλ‾j)(N-i+1);]]>

根据计算得到的功率分配结果p＝[p₁…p_k…p_n]，计算系统的总能耗E_tot(N)为：E_tot(N)＝Δt·(Δ_p·||p||₁+||p||₀·P_c,active+(N-||p||₀)·P_c,sleep)，其中Δ_p为功率放大器系数，||p||₁是p的l₁范数，表示系统的总发射功率，||p||₀是p的l₀范数，表示基站开启的总时隙数，N-||p||₀表示基站休眠的总时隙数，P_c,active和P_c,sleep分别表示基站开启时和休眠时的电路功耗；

步骤四：采用贪婪算法找到使系统总能耗最低的传输时隙数N，具体方法如下：

迭代更新N＝N-1，并执行步骤二和步骤三，更新功率分配结果p，进而计算系统的总能耗E_tot(N)；当max(p)＞p_max时，迭代停止，并定义N_min＝N+1；

找到的最小值，其对应的N即为最优的传输时隙数，相应的功率分配结果即为使系统总能耗最低的功率分配方案。