[发明专利]一种D2D通信中的能量效率优化方法有效

专利信息
申请号: 201810020873.7 申请日: 2018-01-10
公开(公告)号: CN108391309B 公开(公告)日: 2021-06-18
发明(设计)人: 陈波;史清江;蔡云龙;李有明;谢玲富;刘娟;陆志华 申请(专利权)人: 宁波大学
主分类号: H04W52/38 分类号: H04W52/38
代理公司: 宁波奥圣专利代理有限公司 33226 代理人: 程晓明
地址: 315211 浙*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 d2d 通信 中的 能量 效率 优化 方法
【权利要求书】:

1.一种D2D通信中的能量效率优化方法,其特征在于,该优化方法包括:

以最大化D2D链路中一个电池生命周期的预期数据量uD为目标,构建D2D通信复用蜂窝网络频谱场景中的资源优化问题P1:

约束条件为:

其中,

公式中的参数说明为:K为蜂窝用户的数量,为蜂窝用户发送功率集,其中为蜂窝用户k在信道k上的发送功率;为D2D设备发送功率集,其中为D2D发送端在信道k上的发送功率;和分别为蜂窝用户和D2D发送端设备的最大发送功率;为蜂窝用户k所实现的速率,为蜂窝用户所需保障的最低速率需求;为D2D发送端在信道k上所获得的速率,RD为D2D发送端总的实现速率,LD为D2D发送端的电池生命周期;分别代表蜂窝用户k到基站、D2D发送端到D2D接收端、D2D发送端到基站以及蜂窝用户k到D2D接收端在信道k上的信道增益;σ为噪声功率方差;C为电池容量,Vo为电池工作电压,po为电路功率损耗,β是约为1.3的常量;

对约束条件(3)取等式,取得优化问题P1的最优解,将蜂窝链路功率和D2D链路功率之间的关系表示为将优化变量中包含蜂窝链路最佳功率和D2D链路最佳功率的资源优化问题转化为只包含D2D链路最佳功率的资源优化问题P2:

约束条件为:

其中,

若优化问题P2解满足则将D2D链路总功率达到最大功率时的资源优化问题P2等价转化为第一资源优化子问题P3:

约束条件为

若优化问题P2问题解满足则将D2D链路总功率未达到最大功率时的资源优化问题P2等价转化为第二资源优化子问题P4:

约束条件为

利用二分算法和协同梯度算法对第一资源优化子问题和第二资源优化子问题进行求解,得到D2D通信复用蜂窝网络频谱场景中的资源优化问题的最优解,并将最优解作为功率分配的优化方案,从而完成能量效率的优化。

2.如权利要求1所述的一种D2D通信中的能量效率优化方法,其特征在于,所述的利用二分算法和协同梯度算法对第一资源优化子问题和第二资源优化子问题进行求解包括:利用二分算法先对第二资源优化子问题P4进行迭代优化,计算优化功率pD,然后计算当前的预期数据量uD,对于给定的二分值收敛过程中的下界值t1和上界值tu,若uD>t,则tl=t;否则,tu=t,该过程收敛时,t即为D2D链路的预期数据量,其中,对于每一个给定的二分值t,利用协同梯度算法计算pD,首先在给定的二分值t以及条件下,利用二分算法求解给定当前的二分值γ,计算fk(γ)和gk(γ),其中

若fk(γ)>gk(γ),则γu=γ;否则,γl=γ,当该过程收敛时,其中,γ1和γu是与t1和tu相同含义的二分值收敛过程中的下界值和上界值,然后,循环遍历一次k=1,…,K获取pD;在P4求解过程中,给定t,求解优化功率pD,然后计算当前的预期数据量uD和当前的总功率若同时满足和uD<t时,则说明该优化解属于P3范围,直接跳到P3进行求解;

P3的求解过程具体为:给定二分值v时,计算优化功率pD,即然后计算当前的总功率若则v1=v;否则,vu=v,v1和vu是与t1和tu相同含义的二分值收敛过程中的下界值和上界值,该过程收敛时,获得功率最优解pD

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