[发明专利]异构无线网络中能量有效的资源分配方法有效

专利信息
申请号: 201510225244.4 申请日: 2015-05-05
公开(公告)号: CN104869646B 公开(公告)日: 2018-05-29
发明(设计)人: 邹经纬;何晨;蒋铃鸽 申请(专利权)人: 上海交通大学
主分类号: H04W72/04 分类号: H04W72/04
代理公司: 上海汉声知识产权代理有限公司 31236 代理人: 郭国中
地址: 200240 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 异构无线网络 能量效率 带宽资源分配 移动终端 资源分配 功率资源分配 无线接入技术 带宽资源 发射功率 功率分配 功率资源 联合分配 上行能量 初始化 重复 收敛
【权利要求书】:

1.一种异构无线网络中能量有效的资源分配方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1,初始化移动终端的功率分配采用平均分配功率的方式:

p ~ m n = P m T / N , ]]>

其中,表示第m个移动终端分配给第n种无线接入技术的发射功率,为第m个移动终端的最大发射功率,m=1,2,…,M,n=1,2,…,N,M表示移动终端的总个数,N表示异构无线网络中无线接入技术的总种数;N种无线接入技术都工作在不同的频带,M个移动终端都具有同时接入多种无线接入技术的能力;

步骤2,将功率分配带入能量有效的带宽分配方法中,确定无线接入技术的能量有效的最优带宽分配

步骤3,将能量有效的最优带宽分配带入能量有效的功率分配方法中,分别确定每个移动终端的能量有效的最优功率分配

步骤4,将步骤3得到的能量有效的最优功率分配步骤2得到的能量有效的最优带宽分配分别带入下式中的pmn、xmn,计算出异构无线网络的能量效率和

Σ m = 1 M η m E E = Σ m = 1 M Σ n = 1 N β n x m n log 2 ( 1 + g m n p m n x m n ) ϵ m · Σ n = 1 N p m n + P m C ]]>

其中,表示第m个移动终端的能量效率EE;εm表示第m个移动终端的功放系数的倒数,表示第m个移动终端的电路功耗,βn表示第n种无线接入技术的效率,gmn表示第n种无线接入技术与第m个移动终端之间的信道增益;xmn表示第n种无线接入技术分配给第m个移动终端的带宽分配;pmn表示第m个移动终端分配给第n种无线接入技术的发射功率;

步骤5,重复上述步骤2、步骤3以及步骤4,更新能量有效的最优带宽分配和能量有效的最优功率分配直到能量效率和不再增加为止;

所述步骤2具体包括如下子步骤:

步骤2.1:初始化拉格朗日乘子λm和μn

步骤2.2:利用步骤1中初始化的功率分配通过次梯度法计算能量有效的带宽分配,表达式如下:

x m n k + 1 = [ x m n k + α 0 · ∂ L ∂ x m n k ] + , ∀ m , n ]]>

∂ L ∂ x m n = ( 1 ϵ m Σ n = 1 N p ~ m n + P m C + λ m ) β n ( log 2 ( 1 + g m n p ~ m n x m n ) - g m n p ~ m n ( x m n + g m n p ~ m n ) ln 2 ) - μ n ≤ 0 , ]]>

其中,k为迭代次数,表示第k+1次迭代时第n种无线接入技术分配给第m个移动终端的带宽分配,表示第k次迭代时第n种无线接入技术分配给第m个移动终端的带宽分配,α0表示次梯度法的固定迭代步长,L为能量有效的带宽分配问题对应的拉格朗日函数,m和n均为正整数,εm表示第m个移动终端的功放系数的倒数,表示第m个移动终端的电路功耗,βn表示第n种无线接入技术的效率,gmn表示第n种无线接入技术与第m个移动终端之间的信道增益,[z]+=max{z,0},即符号[·]+表示取该符号中的值与0之间较大者;

步骤2.3:利用初始化的功率分配和带宽分配xmn更新拉格朗日乘子λm和μn

λ m k + 1 = [ λ m k - α 1 ( r ~ m - R m ) ] + ]]>

μ n k + 1 = [ μ n k - α 2 ( X n - Σ m = 1 M x m n ) ] + ]]>

其中,α1和α2为固定迭代步长,表示第m个移动终端的数据速率,Rm表示第m个移动终端的数据速率需求,Xn表示第n种无线接入技术的总带宽资源;表示第k+1次迭代中对应于第m个移动终端的数据速率约束的拉格朗日乘子,表示第k次迭代中对应于第m个移动终端的数据速率约束的拉格朗日乘子,表示第k+1次迭代中对应于第n种无线接入技术的带宽资源约束的拉格朗日乘子,表示第k次迭代中对应于第n种无线接入技术的带宽资源约束的拉格朗日乘子;

步骤2.4:带宽分配xmn没有收敛或未达到最大迭代次数,则转至步骤2.2继续迭代,否则,转至步骤2.5;

步骤2.5:结束迭代,将迭代结束时的带宽分配xmn作为第m个移动终端分配给第n种无线接入技术的能量有效的最优带宽分配其中,所述最优带宽分配是指:使上行通信中的能量效率和最大的带宽分配;

所述步骤3具体包括如下步骤:

步骤3.1:初始化能效参量η;

步骤3.2:初始化拉格朗日乘子νm和ωm,功率分配表示第0次迭代时第m个移动终端分配给第n种无线接入技术的发射功率;

步骤3.3:利用步骤2确定的能量有效的最优带宽分配计算功率分配pmn,pmn表示第m个移动终端分配给第n种无线接入技术的发射功率:

p m n = [ ( 1 + v m ) x ^ m n ( η · ϵ m + ω m ) l n 2 - x ^ m n g m n ] + ]]>

其中,νm表示对应于第m个移动终端速率约束的拉格朗日乘子,ωm表示对应于第m个移动终端发射功率约束的拉格朗日乘子,εm表示第m个移动终端的功放系数的倒数,gmn表示第m个移动终端与第n种无线接入技术之间的信道增益,η表示能效参量;

步骤3.4:利用计算出的功率分配pmn和确定的能量有效的最优带宽分配更新拉格朗日乘子νm和ωm

v m k + 1 = [ v m k - α 3 ( r ^ m - R m ) ] + ]]>

ω n k + 1 = [ ω n k - α 4 ( P m T - Σ n = 1 N p m n ) ] + ]]>

其中,α3和α4为固定迭代步长,表示第m个移动终端的数据速率,Rm表示第m个移动终端的数据速率需求,表示第m个移动终端的总发射功率;表示第k+1次迭代中对应于第m个移动终端的数据速率约束的拉格朗日乘子,表示第k次迭代中对应于第m个移动终端的数据速率约束的拉格朗日乘子,表示第k+1次迭代中对应于第n种无线接入技术的发射功率约束的拉格朗日乘子,表示第k次迭代中对应于第n种无线接入技术的发射功率约束的拉格朗日乘子;

步骤3.5:功率分配pmn没有收敛或者没有达到最大迭代次数,则转至步骤3.3继续迭代;否则,转至步骤3.6;

步骤3.6:计算参量最优化问题的最优值E(η):

E ( η ) = r ^ m - η · P m ]]>

其中,表示第m个移动终端所得到的传输速率,Pm表示第m个移动终端的总功率;

步骤3.7:更新能效参量η:

η = r ^ m P m ]]>

步骤3.8:如果参量最优化问题的最优值E(η)不为0,则转至步骤3.2;否则,转至步骤3.9;

步骤3.9:将的值更新为此时的功率分配pmn(即迭代得到的pmn),得到第m个移动终端分配给第n种无线接入技术的能量有效的最优功率分配

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