[发明专利]基于缓存的高铁通信上行链路能效优化的功率分配方法

权利要求书

1.一种基于缓存的高铁通信上行链路能效优化的功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、功率分配策略

假设车载缓存终端的发送功率为P(h(t))，则根据下式确定其取值范围，

其中，γ^m表示第m次迭代时的能效值，λ、η和κ分别为解三个约束条件的拉格朗日乘子，t₁为开始缓存时刻，T表示列车经过一个小区使用的时间，u表示数据到达率，h(t)表示大尺度衰落信道增益；

第二步、设置拉格朗日乘子范围及能效迭代初值

给出拉格朗日乘子λ、η和κ的取值范围以及γ^m的初值，根据二分法得到λ、η和κ的相应初值，再判断这些初值是否满足优化的约束条件，如此不断更新其值，直到满足约束条件时停止更新，最终获得最优的λ、η、κ及γ^m值；

第三步、确定可达信道容量值

根据下式计算系统的瞬时信道容量C(t)，

C(t)＝log₂(1+h(t)P(h(t)))

其中，h(t)表示大尺度衰落信道增益，P(h(t))表示车载缓存终端的发送功率；

第四步、计算缓存数据量

根据下式计算数据缓存的数据量Q_c，

其中，T表示列车经过一个小区使用的时间，t₁为开始缓存时刻，u表示数据到达率，C(t)表示瞬时信道容量；

第五步、计算平均发射功率P_a和平均信道容量C_a

先根据步骤一的功率分配策略确定列车在通过一个小区过程中的三个时间段，再分别计算整个过程中相应消耗的总发射功率及总的可达信道容量值，进而计算列车通过小区过程中的平均发射功率P_a和平均信道容量C_a；

第六步、能效优化

判断是否有数据丢失，若有数据丢失，则通过二分法更新λ的值，并返回步骤三；若没有数据丢失，则实际消耗的发射功率是否满足条件，若不满足条件，则通过二分法更新η的值，并返回步骤三；若满足条件，则判断系统平均信道容量C_a是否不小于数据到达率u，若小于则通过二分法更新κ的值，并返回步骤三；若不小于则结束该内层循环；

第七步、最优化判决

根据下式计算第m次迭代的容量误差，

其中，C^m(t)表示第m次迭代时的可达信道容量值，P^m(h(t))表示第m次迭代时的发送功率，P_c表示固定的电路功率损耗；

设置最优能效的误差阈值ε，并判断上述第m次迭代的容量误差是否在误差阈值ε的范围内，若满足条件，则判断当前能效值γ^m为最优能效，若不满足，则更新能效值γ^(m+1),并返回步骤三，直至更新后的能效值为最优能效后结束操作；根据下式计算更新的能效值γ^(m+1)，

其中，C^m(t)表示第m次迭代时的可达信道容量值，P^m(h(t))表示第m次迭代时的发送功率，P_c表示固定的电路功率损耗，dt表示对时间进行积分，t表示列车从正对基站的位置开始行驶所花的时间。

2.根据权利要求1所述一种基于缓存的高铁通信上行链路能效优化的功率分配方法，其特征在于，第一步中，根据下式计算大尺度衰落信道增益h(t)，

其中，d₀表示基站到列车的垂直距离，v表示列车的行驶速度，t表示列车从正对基站的位置开始行使所花的时间，α表示路径损耗指数。

3.根据权利要求2所述一种基于缓存的高铁通信上行链路能效优化的功率分配方法，其特征在于，第三步中，首先将步骤二获得的λ、η、κ及γ^m值代入步骤一中，然后通过能效最优功率分配政策计算相应的系统信道容量即接入点处的无线传输速率。