[发明专利]基于用户侧需求能量效率的功率分配方法

摘要

本发明属于无线通信资源分配技术领域，具体来说是基于用户侧需求能量效率的功率分配方法。本发明涉及能量效率(Energy Efficiency)、功率控制(Power Control)、用户满意度(User Satisfaction Degree)等理论框架。本发明基于能量效率，在多用户OFDM下行链路场景下，构建新型用户满意度函数，提出综合考虑系统侧需求(EE)和用户侧需求(USD)的系统优化目标函数，并使用阻尼牛顿架构(Damped Newton Method)和拉格朗日乘数法解决此线性约束下的功率分配问题。相比于传统的功率分配方法，本发明在系统性能需求和用户性能需求间达到更好的平衡，且在功率分配上更为灵活。

主权项

1.基于用户侧需求能量效率的功率分配方法，该方法用于蜂窝小区，并设定蜂窝小区内具有基站和多个用户，定义下行链路存在通信需求的用户集合记为U＝{u₁ u₂…u_N}，OFDM信道集合记为C＝{c₁ c₂…c_M}，假设M＝N，且信道已固定分配给用户；用户接收信号表示为其中p_i表示基站分配给第i个用户的发送功率,h_i表示第i个用户所使用信道的信道参数，x_i表示归一化后的第i个用户的发送信号，I_i表示由于功率泄露带来的邻频干扰，n_i表示第i个用户所使用信道的背景噪声，其服从参数为σ²的高斯分布；其特征在于，所述功率分配方法包括以下步骤：S1、建立优化模型，具体包括：定义系统侧需求EE为：其中ri为信道速率，pcst表示环路固定功率消耗；定义用户侧需求USD为：其中rithr表示第i个用户的期望速率；联合EE和USD，定义目标函数为f(p)＝ωT·s(r)，则建立于用户侧需求能量效率的功率分配系统优化模型为：其中，p为各用户的功率分配列向量，ω和s(r)分别为各用户的EE和USD构成的列向量，pmax为最大总功率约束；S2、由阻尼牛顿架构和拉格朗日乘数法转化步骤S1中建立的优化模型：其中u,λ_i为对应于不同约束条件的拉格朗日乘子，表示为其中其中，aij为第j个信道对第i个信道的邻频干扰比，gi＝|hi|2/N0，N0＝B·σ2表示背景噪声功率，B为信道带宽，γj为第j个信道的信干噪比；得到各用户的功率分配迭代更新式为简化符号后，得到如下可用注水算法解决的类似注水问题：S3、求解步骤S2中建立的模型，获得优化功率分配向量p*，具体包括：S3‑1、设置初始参数，包括最大迭代更新次数Tmax、初始功率分配向量p0、邻频干扰比矩阵a＝(aij)N×N、最大发送总功率pmax、用户期望速率rthr＝(rithr)N×1；S3‑2、计算相关参数Ai、Bi、Ci、Di；S3‑2、将相关参数代入类似注水问题中，利用注水算法得到更新后的功率分配向量p；S3‑3、若功率向量稳定收敛或迭代次数达到Tmax，则结束迭代，获得优化功率分配向量p*；否则，回到S3‑2继续迭代过程。