[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

说明书

本发明属于通信技术领域，公开了一种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，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。本发明解决了在异构蜂窝网络环境中针对不同用户终端在不同信道下如何选取最佳功率，使整个系统能量效率最优。本发明不仅能够快速有效地求出能量最优的功率分配方案，还可以提高系统工作效率。

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种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。具体涉及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。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

随着无线通信技术的发展，逐渐涌现出了一大批制式各异的网络，这其中就包括了包含大蜂窝基站和小蜂窝基站的异构蜂窝网络，即异构蜂窝网络指的是包括宏基站和低功率节点组成的混合网络，由于这些低功率节点可以由用户自己部署，所以具有灵活、覆盖全、功耗低且维护成本低等优点。但是，随着绿色通信的要求的提出，在未来的生活中能量效率一定是一个重点考虑的问题，因此如何为蜂窝小区用户提供最佳的信道功率逐渐成为一个热点问题。

目前关于异构蜂窝网络的功率分配研究已有很多，提出了许多不同的功率分配算法。现存的功率分配算法主要有智能算法或者博弈论方法，这些方法的解决方案是离散的，得到的是最佳功率的近似值，通过连续方法可以准确得到功率分配方案的有基于凸优化的数学算法，但是多是基于吞吐量最大为目标，且迭代速度太慢，效率较低。因此，如何提供一种高效的基于能量效率的功率分配方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术中，在异构蜂窝网络环境中对不同用户终端在不同信道下，使整个系统能量效率最优的效果差，现有的功率分配方法在异构蜂窝网络数据处理中迭代速度太慢，造成网络相关数据信息处理效率低。

(2)现有技术中，存在有以博弈论的方法来对建立好的功率分配问题进行求解。这种方法虽然可得以实施，但是其存在的缺点是，他们在计算之前对可用范围的功率进行分割成块，即将功率范围的值离散化，然后通过博弈的思想，从许多个不同级别的功率中去挑选出能使目标问题结果最优的功率。这样可能会出现一种情况，在他们把可用范围的功率分为离散数值的时候，刚好跨过去了最优的功率值，不能够得到最优的功率分配方案，使得最好的避免同层干扰和跨层干扰，从而实现最佳的节能。

(3)现有技术中，一般的功率分配的问题模型是，建立的是以网络速率最优或者系统吞吐量最大为目标，目标单一并且不符合绿色节能的发展趋势，过高的以能量效率为代价，会大幅缩短各终端的使用时长，进而会提高通信网络的成本，间接造成了环境污染。

解决上述技术问题的难度：

(1)现有的功率分配方法在异构蜂窝网络数据处理中迭代速度太慢，造成网络相关数据信息处理效率低，需要从解决方法上进行突破创新，打破常规的问题模型建立思路，寻找更合适的问题解决方法。

(2)想要避免在离散的功率范围上找最优的功率值，可以用凸优化的数学解的方式，但在连续的功率范围上寻找最优的功率分配方案会存在大量的计算过程，如何设计一种快速有效的方案避免多余的计算过程，也可以为系统节约能量，这需要更深度的方法探索。

(3)以网络速率最优或者系统吞吐量最大为目标来得到功率分配方案会使能量效率较低，同时在以能量效率为目标时，也要考虑网络速率或者系统吞吐量等通信指标，同时权衡二者的优化是全新的挑战。

解决上述技术问题的意义：