[发明专利]基于交替方向乘子法的异构蜂窝网络功率分配方法及系统

权利要求书

1.一种基于交替方向乘子法的面向能量效率最优的异构蜂窝网络的功率分配方法，其特征在于，所述基于交替方向乘子法的面向能量效率最优的异构蜂窝网络的功率分配方法包括：

计算用户终端到每个蜂窝基站在不同信道上的信道增益,根据系统容量最优建立初步的功率分配问题模型，由拉格朗日乘数法得到每个信道上整个网络的吞吐量最大功率；将得到的所述吞吐量最大功率作为限制条件，以能量效率最优为目标，建立功率分配模型；基于建立的所述功率分配模型，采用交替方向乘子法求出最佳的功率分配方案；

基于交替方向乘子法的面向能量效率最优的异构蜂窝网络的功率分配方法具体包括以下步骤：

步骤一，构建异构网络模型，根据信道衰落模型计算用户终端到每个蜂窝基站在不同信道上的信道增益干扰比；

步骤二，根据系统吞吐量最优建立初步的功率分配问题模型，由拉格朗日乘数法迭代求解得到每个信道上达到整个网络的吞吐量最大的功率；

步骤三，把步骤二中得到功率作为新的限制条件，以能量效率最优为目标，建立进一步的功率分配模型；

步骤四，根据步骤三中的功率分配问题模型构建增广拉格朗日函数；

步骤五，交替更新步骤四中得到的增广拉格朗日函数中的变量；

步骤六，采用交替方向乘子法，重复迭代执行步骤五至收敛或者最大迭代次数，求出最佳的功率分配方案；

基于交替方向乘子法的面向能量效率最优的异构蜂窝网络的功率分配方法，其特征在于，在步骤一中，构建异构网络模型，定义异构网络中所有用户的集合U，根据信道衰落模型计算用户终端i到每个蜂窝基站在不同信道上的信道k上的增益干扰比的定义为：

其中，k是指用户到蜂窝网络中可以使用的所有信道的个数，h_K根据瑞利信道衰落模型得到的信道增益，p_j，k是用户在信道k上采用的最大的传输功率，σ²是信道传输过程中产生的噪声；

在步骤三中，以能量效率最优为目标，建立进一步的功率分配模型为，定义系统的能量效率为系统中所有的用户的吞吐量和比上用到的信道传输功率之和，约束条件是使每个簇的功率不大于步骤二中分配的功率，表达式如下：

其中，是步骤二中所求得的初步功率分配方案。

2.如权利要求1所述的基于交替方向乘子法的面向能量效率最优的异构蜂窝网络的功率分配方法，其特征在于，在步骤二中，根据系统吞吐量最优建立初步的功率分配问题模型为：

其中，K是基站提供信道的个数，B是信道带宽，是信道增益干扰比，ptot是每个基站可以分配的总功率；用构建拉格朗日函数，迭代求解出初步的功率分配方案。

3.如权利要求1所述的基于交替方向乘子法的面向能量效率最优的异构蜂窝网络的功率分配方法，其特征在于，在步骤四中的增广拉格朗日函数为：

其中，η为能量效率，λ为拉格朗日因子，ρ为常数。

4.如权利要求1所述的基于交替方向乘子法的面向能量效率最优的异构蜂窝网络的功率分配方法，其特征在于，在步骤五中，交替更新步骤四中得到的增广拉格朗日函数中的变量分别为：

每次功率P_K的更新，没有约束的要求，采用梯度下降或者牛顿法进行更新；

在步骤六中，从步骤五中确定的P_K和λ_K，反复迭代更新至最大迭代次数或收敛时，得到的功率分配方案即作为最优的功率分配方案。

5.一种实现权利要求1～4任意一项所述基于交替方向乘子法的面向能量效率最优的异构蜂窝网络的功率分配方法的信息数据处理终端。

6.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-4任意一项所述的基于交替方向乘子法的面向能量效率最优的异构蜂窝网络的功率分配方法。

7.一种实现权利要求1～4任意一项所述功率分配方法的基于交替方向乘子法的面向能量效率最优的异构蜂窝网络的功率分配系统，其特征在于，所述基于交替方向乘子法的面向能量效率最优的异构蜂窝网络的功率分配系统包括：

用户终端，按照泊松过程分布模型的分布在宏基站和多个蜂窝微基站下，在进行功率分配前，按照异构蜂窝网络模型，预先为各用户终端分配相互正交的资源块，不同的用户对应于不同的资源块，接受提供该资源块的基站或微基站服务；在分配完频率资源后，采用同一个资源块的用户在下行链路通信的过程中彼此产生干扰时，采用功率资源分配算法，获取使总体网络能量效率最优的功率分配方案；

多个蜂窝微基站，在异构蜂窝网络模型中根据与各个需要服务的用户的距离，根据瑞利信道的衰落模型，计算服务各用户的信道增益，根据系统吞吐量最优建立初步的功率分配问题模型，由拉格朗日乘数法迭代求解得到每个信道上达到整个网络的吞吐量最大的功率，以得到的所述吞吐量最大的功率为新的限制条件，以能量效率最优为目标，建立进一步的功率分配模型，构建增广拉格朗日函数，交替所述增广拉格朗日函数中的变量，重复迭代至收敛或者最大迭代次数，求出最佳的功率分配方案，同时，为用户终端设置最佳的信道功率，使整个系统的能量效率最优；

宏基站，在异构蜂窝网络模型中根据与各个服务的用户的距离，根据瑞利信道的衰落模型，计算服务各用户的信道增益，根据系统吞吐量最优建立初步的功率分配问题模型，由拉格朗日乘数法迭代求解得到每个信道上达到整个网络的吞吐量最大的功率，以所述吞吐量最大的功率为新的限制条件，以能量效率最优为目标，建立进一步的功率分配模型，构建增广拉格朗日函数，交替更新增广拉格朗日函数中的变量，重复迭代至收敛或者最大迭代次数，求出最佳的功率分配方案。