[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

说明书

本发明提出了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，包括以下步骤：功率分配策略；设置拉格朗日乘子范围及能效迭代初值；确定可达信道容量值；计算缓存数据量；计算平均发射功率和平均信道容量；能效优化；最优化判决。本发明的优点是能够根据列车与基站之间实时变化的无线传输速率与列车上接入点处恒定的数据到达率之间的关系动态分配功率，即在满足缓存区和最大发送功率的要求下最大化系统容量，进而提高整个系统的能效。

技术领域

本发明涉及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，具体的说是一种基于列车上接入点处的缓存考虑列车到基站上行链路能效优化的功率分配方法，属于无线通信技术技术领域。

背景技术

随着高速铁路的迅猛发展，高铁无线通信系统越来越受到人们的关注。且随着用户业务需求的不断增长，对高铁无线通信系统的服务质量要求也愈来愈高。然而，高速移动性和高带宽要求也带来了极高的能耗，因此如何降低高铁通信系统的能耗也是一个值得探讨的问题。除了采用先进的物理层技术提高无线传输的能效之外，对移动通信系统进行资源管理也是一个行之有效的解决办法。由于列车高速移动，铁路沿线的基站可以为列车服务的时间是有限的，且列车与基站之间的无线信道状态也在快速变化。而且，高铁多数是视距传输，传输速率是由列车与基站之间的距离决定的，且可以预测列车下一时刻的位置和传输速率。随着列车驶向小区边缘，接入点处能够提供的服务速率越来越小，使得部分信息不能及时传送出去，即部分数据会存放在缓存区内。如何使列车在满足缓存区要求的条件下获得能效与时间公平的折中是一个值得思考的问题。

经检索发现，Hui Li等人在《IEEE Transactions on Communications,Volume62,Issue 2,Feb.2014,pp.638-647(电气电子工程师协会通信会刊，2014年2月，第62卷第2期，第638-647页)》上发表了题为“Energy Efficiency of Large-Scale MultipleAntenna Systems with Transmit Antenna Selection(具有发射天线选择的大型多天线系统的能量效率)”的文章，该文主要提出了通过发射端的天线选择方案来提高系统的能效，然而该文没有考虑高铁场景；Chuang Zhang等人在《IEEE Transactions on VehicularTechnology Jan.2015,pp.5775-5788(电气电子工程师协会车载技术会刊，2015年1月，第5775-5788页)》上发表了题为“Optimal Power Allocation With Delay Constraint forSignal Transmissions From a Moving Train to Base Stations in High-SpeedRailway Scenarios(高铁场景下移动的列车到基站间带延迟约束的最优功率分配)”一文，该文通过匹配接入点处的数据到达率与无线传输速率来最小化发射功率，但是在现可提供的最大化平均功率的限制下没有达到更有效的传输系统容量；Tao Li等人在《IEEE AccessMay 2017,pp.8343-8356(美国电气电子工程师学会，2017年5月，第8343-8356页)》上发表了题为“Service-Oriented Power Allocation for High-Speed Railway WirelessCommunications”一文，该文研究了基于服务质量区分时域功率分配算法，以达到延迟敏感流和延迟不敏感流的最大可实现速率区域，其不足之处在于没有考虑时间公平性问题；Yunquan Dong等人在《IEEE Transactions on Vehicular Technology,Volume 63,Issue2,Feb.2014,pp.925-930(电气电子工程师协会车载技术会刊，2014年2月，第63卷第2期，第925-930页)》上发表了题为“High-Speed Railway Wireless Communications:EfficiencyVersus Fairness(高铁无线通信：效率与公平)”，该文提出了高铁场景下基于时间公平的功率分配方法，但是该文没有考虑缓存，会造成列车上用户信息的丢失。