[发明专利]一种D2D通信中基于能效优化的分布式功率控制方法

摘要

一种D2D通信中基于能效优化的分布式功率控制方法，包括以下步骤：（1）D2D用户和蜂窝用户通过用户分布式传输功率控制方法实现以保障用户传输质量为基础的D2D用户能效优化。其中，优化问题描述为一个多变量非凸性优化问题；（2）将问题P1转化为单一用户传输功率控制的优化问题；（3）用户在发射功率范围内，以保障最小服务质量进行功率控制优化用户能量效率。本发明提供一种降低基站通信负载、提高频谱的利用率、提升扩展性和安全性、提高资源利用率的D2D通信中的基于能效优化的分布式功率控制方法。

主权项

1.一种D2D通信中基于能效优化的分布式功率控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：（1）在D2D通信中，通过D2D用户和蜂窝用户的发送功率控制，从而实现D2D用户能量效率最大化的目标，该优化问题描述为如下所示的非凸性优化问题：P1:η*d=max1qdlog2(1+qdgdpdgcd+n0)]]>s.t.log2(1+qdgdpcgcd+n0)≥Rdreq]]>log2(1+pcgcqdgdc+n0)≥Rcreq]]>0≤pc≤Pcmax]]>0≤qd≤Pdmax]]>在问题P1中，各个参数定义如下：p_c：D2D用户DU d接入CU c时蜂窝用户的发送功率；q_d：D2D用户DU d接入CU c时D2D用户的发送功率；g_c：蜂窝用户CU c与基站之间的信道增益；g_d：DU d的发射机和接收机之间的信道增益；g_cd：蜂窝用户CU c对DU d的干扰信道增益；g_dc：D2D用户DU d对CU c的干扰信道增益；蜂窝用户CU c的传输速率要求；D2D用户DU d的传输速率要求；蜂窝用户CU c的最大发送功率；D2D用户DU d的最大发送功率；n₀：背景噪声功率；η_d：D2D用户DU d的能量效率，“*”表示参数在优化问题中的最优值；（2）用公式将p_c用q_d代替，同时，引入新变量P和将问题P1等效转化为一个D2D用户DU d的发送功率控制优化问题；P2:η*d=maxqd1qdlog2(1+gdgcqdn0(gc+αcgcd)+αcgdcgcdqd)]]>s.t.P-≤qd≤P‾]]>其中，P‾=n0βd(αcgcd+gc)gcgd-αcβdgcdgdc,P‾=min{1gdc(Pcmaxgcαc-n0),Pdmax},]]>αc=2Rcreq-1,βd=2Rdreq-1]]>利用函数R~(qd)=log2(1+gdgcqdn0(gc+αcgcd)+αcgdcgcdqd),]]>优化问题P2等效转换为如下优化问题P3：P3:maxγ,qdγ]]>s.t.γ>0,P‾<qd<P‾]]>F(qd,γ)=R~(qd)-γqd≥0]]>在问题P2和P3中，各个参数定义如下：p_c：D2D用户DU d接入CU c时蜂窝用户的发送功率；q_d：D2D用户DU d接入CU c时D2D用户的发送功率；g_c：蜂窝用户CU c与基站之间的信道增益；g_d：DU d的发射机和接收机之间的信道增益；g_dc：D2D用户DU d对CU c的干扰信道增益；蜂窝用户CU c的传输速率要求；D2D用户DU d的传输速率要求；蜂窝用户CU c的最大发送功率；D2D用户DU d的最大发送功率；n₀：背景噪声功率；γ：D2D用户DU d的能量效率；（3）求解问题P3，获得qd*=P‾,pc*=αc(n0+qd*gdc)gc;]]>（4）针对D2D通信中基于能效优化的发送功率控制问题，采用如下分布式功率控制的算法，过程为：步骤4.1：设置迭代次数，t＝1；初始化CU c的发送功率，pc(1)=pcini=0;]]>初始化DU d的发送功率，qd(1)=qdini=0;]]>步骤4.2：若CU c收到来自DU d的消息告知功率控制不可行，终止算法；否则，继续步骤4.3；步骤4.3：CU c首先测量其受到的外界干扰和噪声之和，然后按照如下公式更新其发送功率pc(t+1)=min{αcgcIc(t),Pcmax}]]>其中，I_c(t)＝q_d(t)g_dc+n₀，在更新之后，如果CU c的发送功率已达其最大发送功率值，即但是CU c的传输速率要求未被满足；在此情况下，CU c向DU d发出消息，告知DU d说明他们之间不匹配，算法终止；否则继续步骤4.4；步骤4.4：若DU d收到来自CU c的消息告知匹配不可行，则终止算法，否则，继续步骤4.5；步骤4.5：DU d首先测量其受到的外界干扰和噪声之和，然后按照如下公式更新其发送功率qd(t+1)=min{βdgdId(t),Pdmax}]]>其中，I_d(t)＝p_c(t)g_cd+n₀，在更新之后，如果DU d的发送功率已达其最大发送功率值，即但是DU d的传输速率要求未能被满足，在此情况下，则DU d向CU c发消息告知其他们之间匹配不可行，算法终止，否则，继续执行步骤4.6；步骤4.6：收敛条件判断，若满足收敛条件：|p_c(t+1)-p_c(t)|²+|q_d(t+1)-q_d(t)|²≤ε则算法收敛，ε是正数，此时DU d和CU c已经达到最优发送功率，该组发送功率是优化问题P1的最优解，即能够保证最大化DU d的能量效率；否则，设置t＝t+1，返回步骤4.2。