[发明专利]一种时域干扰协调下最大最小公平的分布式能效优化方法

权利要求书

1.一种时域干扰协调下最大最小公平的分布式能效优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)构建一个由宏基站和微基站构成的异构蜂窝网络，用户只能选择接入单个的宏基站或者微基站；

2)对于每一个宏基站，在其覆盖的区域内微基站和用户测量信道状态和干扰状态，将结果上报给宏基站，宏基站计算后进行干扰协调；

3)对于每一个用户，在整个带宽计算接收到的下行信号强度，分别选择一个宏基站和一个微基站作为候选接入基站的集合，再根据EE-eICIC-MaxMin方法选择接入哪个基站；

4)EE-eICIC-MaxMin方法的初始化，选择误差ε0和最大迭代次数N_max，设置初始能效和迭代次数n＝0；

5)EE-eICIC-MaxMin方法的二分法算法1，当n≤N_max，对于一个给定的能效求解优化问题P2，计算如果则收敛，返回最优值EE-eICIC-MaxMin的子帧分配策略和最大的否则，如果则反之n＝n+1；式中R_u表示用户u的传输数据速率，P_u表示用户u的功率能耗，ε表示二分法停止迭代收敛的最大误差；

表示在二分法中能量效率的最小值，其初始值为0，表示二分法中能量效率的最大值，其初始值为用户中最大速率和用户功率的比值；

6)配置最大最小公平能效的ABS子帧协议，根据所述EE-eICIC-MaxMin方法中的分布式算法2，计算得到在最大最小能效公平下宏基站可以提供给受其干扰的微基站使用的ABS子帧数目；

7)根据所述的EE-eICIC-MaxMin方法的取整算法3，计算用户在子帧中的平均传输时间，确定用户的可传输数据速率和所消耗的功率能耗，计算出用户和系统的能效；

8)计算结束后，宏基站和微基站配置ABS子帧数目，进行时域的干扰协调，各个用户进行基于能效公平的接入和数据传输；

其中，建立基于最大最小公平的能效优化模型，从而建模为优化问题P1；利用分数规划，对P1的优化问题重新转化为优化问题P2；具体为：

建立基于最大最小公平的能效优化模型，如式(3)所示：

从而建模为优化问题(P1，Problem1)：

优化问题P1包括式(4)～式(13)所示：

x_u(y_u,A+y_u,nA)＝0 (7)

x_u≥0,y_u,A≥0,y_u,nA≥0 (12)

式中，N⁺表示非负整数的集合，U表示用户u的集合；m表示宏基站macrocell的首字母缩写；M表示宏基站m的集合；p表示微基站picocell的首字母缩写；P表示微基站p的集合；m_u表示用户接入宏基站的集合；p_u表示用户接入微基站的集合；N_sf为ABS的子帧的总数目；N_m表示宏基站可以传输的non-ABS子帧数目；A_p表示微基站可用的ABS子帧；x_u表示在m_u中用户在non-ABS中传输时间；y_u,A表示在p_u中用户在ABS中传输时间；y_u,nA表示p_u中用户在non-ABS中传输时间；表示宏基站的发射功率；为宏基站参考信号的发射功率；表示微基站的发射功率；定义为用户接入宏基站(macro)在非空白子帧(non-ABS)可以获得的传输速率；定义为用户接入微基站(pico)在空白子帧(ABS)可以获得的传输速率；定义为用户接入微基站(pico)在非空白子帧(ABS)可以获得的传输速率；I_BS：定义为产生干扰的基站集合，基站为宏基站与微基站；U_p：定义为接入微基站(pico)的用户集合；U_m：定义为接入宏基站(macro)的用户集合；

利用分数规划，对P1的优化问题重新转化为优化问题P2；优化问题P2包括式(14)、式(15)所示：

式(5)-(13) (15)；

其中，分布式算法2为：

在可行空间内初始化所有变量x,y,A,N,λ,v,μ,ρ,α,β,γ；

设置迭代次数n＝0，最大的迭代次数为N_max；

n＝1:N_max进行原变量和对偶变量的更新循环：

原变量进行更新循环，包括用户进行迭代、宏基站进行更新及微基站进行更新：

用户进行迭代，如式(23)、式(24)所示：

宏基站进行更新，如式(25)、式(26)所示：

微基站进行更新，如式(27)～式(29)所示：

对偶变量进行更新循环，如式(30)～式(38)所示：

λ_u(n+1)＝[λ_u(n)+ξ(R_u-ηP_u-θ)]⁺ (30)

μ_p,m(n+1)＝[μ_p,m(n)+ξ(N_sf-A_p-N_m)]⁺ (35)

n＝n+1 (38)

通过平均所有的迭代结果得到P4的最优值；

其中，通过如下步骤获得P4：

通过引入参数θ，将P2问题转换为P3，包括式(16)～式(18)所示：

s.t.R_u-ηP_u≥θ (17)

式(5)-(13) (18)；

松弛：将P3松弛为P4进行求解；通过式(7)和式(13)得到P4，式(13)后，式(7)对优化问题P1的影响主要在于用户在下行链路传输中可以同时接入宏基站和微基站，对于优化变量P4建模包括式(19)～式(22)所示：

s.t.R_u-ηP_u≥θ (20)

(5)-(6)和(8)-(12) (21)

其中，R⁺是正实数的集合；

表示变量的集合表示松弛后的优化变量

η表示为能量效率，为用户速率和用户功率的比值；

其中，取整算法3如下：

G21)计算ABS子帧的分配，即可行的N_m和A_p；Rnd函数如式(39)所示：

其中floor表示向下取整，ceil表示向上取整；

G22)将N_m和A_p由正实数变为整数的可行解，采用如下操作，如式(40)、式(41)所示：

其中和为松弛后分布式算法2的输出；

G23)计算每个用户可以从宏基站获得的数据速率和需要消耗的能耗，如式(42)、式(43)所示：

G24)计算每个用户可以从微基站获得的数据速率和需要消耗的能耗，如式(44)、式(45)所示：

其中和为松弛后分布式算法2的输出；

G25)分别计算每个用户接入宏基站能效和接入微基站能效若则用户接入宏基站，反之用户接入微基站；

G26)分别计算宏基站和微基站子帧所占用的时间比例，如式(46)～式(48)所示：

X_m表示分配给宏基站的non-ABS的时间比例，Y_p,A和Y_p,nA表示分配给微基站的ABS和non-ABS的时间比例，是用户接入宏基站的集合，表示用户接入微基站的集合；

G27)计算用户获得的可以传输时间比例，如式(49)～式(51)所示：

G28)计算用户接入宏基站得到传输速率和需要消耗的能耗，如式(52)～式(53)所示：

G29)计算用户接入微基站得到传输速率和需要消耗的能耗，如式(54)、式(55)所示：

G210)计算每个用户能效，如式(56)所示：

N_m：宏基站可以传输的non-ABS子帧数目；

A_p：微基站可用的ABS子帧数目；

N_sf：ABS的周期,ABS的子帧的总数目；

宏基站可以传输的non-ABS子帧数目的求解值；

微基站可用的ABS子帧数目求解值；

x_u：接入宏基站的用户集合中用户在non-ABS中传输时间；

用户u接入宏基站获得的下行数据速率；

宏基站的发射功率；

y_u,A：接入微基站的用户集合中用户在ABS中传输时间；

y_u,nA：接入微基站的用户集合中用户在non-ABS中传输时间；

用户u接入微基站在ABS子帧获得的下行数据速率；

用户u接入微基站在non-ABS子帧获得的下行数据速率；

微基站在ABS的发射功率；

微基站的发射功率；

在宏基站下行静默时，宏基站发射的参考信号功率；

接入宏基站的用户集合中用户在non-ABS中传输时间求解值；

接入微基站的用户集合中用户在ABS中传输时间求解值；

接入微基站的用户集合中用户在non-ABS中传输时间求解值；

用户接入宏基站或微基站得到的传输速率；

用户接入宏基站或微基站需要消耗的能耗。