[发明专利]一种均衡长期能效和网络稳定性的C-RAN系统资源分配方法

权利要求书

1.一种均衡长期能效和网络稳定性的C-RAN系统资源分配方法，其特征在于，包括：

S1.建立结合能量协作的混合能量供应C-RAN数学模型；

所述步骤S1具体包括如下子步骤：

S11.配置拥有1个基带单元、M个单天线远端天线单元和K个单天线用户的C-RAN系统，其中基带单元已知统计信道状态信息，且由电网供能，远端天线单元由电网和采集能量同时供能，远端天线单元间存在能量协作；

S12.建立数据传输模型，用户k的迫零预编码向量为接收的数据速率为其中k∈{1,...,K}，a_k为辅助信道矩阵，p_k为分配给用户的功率，为信道增益矩阵的共轭转置，σ²为噪声方差，log表示对数运算，|·|表示绝对值运算，||·||表示范数运算；

S13.构造远端天线单元的能量模型，时隙t内输入远端天线单元m能量为E_in,m(t)＝g_m(t)+H_m(t)+∑_n≠m(ε_nme_nm(t)-e_mn(t))，远端天线单元m所消耗的能量为其中m∈{1,...,M}，g_m为电网供能，H_m为采集的能量，e_nm为两个远端天线单元间的能量协作，ε_nm为能量协作效率，η为功放效率，为远端天线单元和用户间的预编码，C_m为电路能耗，∑·表示求和运算；

S14.构造动态数据能量队列，包括数据队列Q_k(t+1)＝{Q_k(t)-R_k(t)}⁺+A_k(t)、能量队列E_m(t+1)＝E_m(t)-P_m(t)+E_in,m(t)，其中A_k为到达用户端的数据速率，{·}⁺表示取0和此数中的较大值；

S2.建立长期能效优化问题的目标函数和约束条件；

所述步骤S2具体包括如下子步骤：

S21.建立长期能效的目标函数：

其中表示分别优化传输功率p、协作能量e、电网供能g使得其后函数值最大，R_sum为用户的速率，g_sum为电网总耗能，E_B为基带单元的电路耗能，∞表示无穷大，表示数学期望运算，表示求取平均值运算；

S22.建立既包括时间平均意义上的约束条件，又包括单时隙的约束条件，如下：

其中为远端天线单元平均传输能耗阈值，为远端天线单元瞬时传输能耗最大值，R_min为用户要求的最小和速率，diag(·)为取矩阵的对角的运算；

S3.基于李雅普诺夫方程和罚函数的思想，将系统长期能效优化问题转化为单时隙优化问题；

所述步骤S3具体包括如下子步骤：

S31.构造关于传输能耗的虚拟队列

S32.将原问题转化为单个时隙内最小化李雅普诺夫加罚漂移函数的问题：

其中表示优化分配p,e,g使得其后函数值最小，s.t.表示使其满足后述条件，V为控制参数调整系统在能效和稳定性之前的均衡；

S4.采用联合资源分配优化算法求解S3转化后的单时隙优化问题；

所述步骤S4具体包括如下子步骤：

S41.初始化系统场景的各项参数，包括初始化收敛门限、控制参数V和总时隙数T_max，设定t时隙内的数据能量队列以及能效初始值均为0；

S42.求解所述S32中单时隙优化问题，得到系统资源的联合分配方案，所述系统资源包括传输功率、协作能量、电网供能；

S43.比较和收敛门限的大小，如果前者的值小于后者，则认为此时隙内迭代算法达到收敛，计算得出并更新此时隙内最优能效接着转到步骤S44；否则返回步骤S42；

S44.按照S14和S31中构造的队列公式，动态更新系统中各数据能量队列及关于传输能耗的虚拟队列；

S45.进入下一个时隙t+1，重复步骤S42-S44，直到遍历到T_max个时隙。