smallcell用户无线资源优化方法
small cell用户无线资源优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及移动通信功率控制技术，尤其设及一种smallcell(小基站）用户无 线资源优化方法。
【背景技术】
[0002] Smallcell是低功率的无线接入节点，工作在授权的、非授权的频谱，可W覆盖10 米到200米的范围，smallcell是3G数据分流的重要成分，是管理LTE-A频谱的有效办法。
[0003] 随着绿色通信日益受到人们的关注，如何通过功率控制W提高异构网络中small cell的能效，是当前smallcell技术亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种smallcell用户无线资源优化方法，W提高 smallcell用户的能效。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种smallcell用户无线资源 优化方法，其特征在于：该方法由W下4个步骤组成：
[0006] 步骤1 ;在含smallcell小基站、宏蜂窝和D2D的异构网络中，建立smallcell用 户能效的目标函数，如式（1)所示：
[0007]
…
[0008] 该目标函数包括如下约束条件：
[0009] 1、蜂窝用户的最低传输速率要求，即其最低传输速率不能小于5。；
[0010]
[0011] 2、D2D的最低传输速率要求，即其最低传输速率不能小于5。；
[0012]
[0013] 3、smallcell用户、D2D用户和宏蜂窝用户的最大传输功率限定；
[0014] Ps，Pc，Pmax
[001引smallcell中包含一个smallcell用户；D2D对中包含两个D2D用户，其中一个 为接收用户，另一个为发送用户；其中；Ps表不smallcell用户的传输功率，hsD表不small cell用户与D2D对接收用户间的信道增益，hse表示smallcell用户与宏基站间的信道增 益，hs表示smallcell用户与小基站间的信道增益，Pd表示D2D对发射用户的传输功率， h。表示D2D用户间的信道增益，Pe表示蜂窝用户的传输功率，hCD表示蜂窝用户与D2D对接 收用户间的信道增益，n。表示噪声功率，P表示D2D用户的电路功率消耗，he表示蜂窝 用户与宏基站间的信道增益，hue表示D2D对发射用户与宏基站间的信道增益，hps表示D2D对发射用户与小基站间的信道增益，ha表示蜂窝用户与小基站间的信道增益，max函数表 示最大化smallcell用户能效的目标函数；
[0016] 步骤2 ;由于W蜂窝用户传输功率、D2D用户传输功率和smallcell用户传输功 率为自变量的smallcell用户能效优化问题是一个非凸问题，直接进行求解非常困难；对 于相同的Ps来说，smallcell用户能效Us的值是随着蜂窝用户传输功率和D2D用户传输 功率的增加而减小的，因此，在满足约束条件1和约束条件2中蜂窝用户和D2D用户的最小 容量要求情况下取临界值时smallcell用户能效是最大的；由约束条件1和约束条件2可 得：
[0020] 分别令聲^1,#0= 2"。-U由上式可W求得Wsmallcell用户传输功率为 自变量的蜂窝用户传输功率和D2D用户传输功率，分别如下；
[0021]
[002引再将式妨代入到原优化问题式（1)中可得等效优化函数为：
[0023]
W
[0024] 此时目标函数的约束条件为：
[0025] Ps《P'max [002引其中
[0029]
[0030] 该样，将WPs、Pe和Pd为自变量的原能效优化问题转化为只WPs为自变量的等效 能效优化问题；
[0031] 步骤3 ;利用凸优化理论可证明式巧）中等效优化问题的目标函数关于Ps具备严 格的先增后减的曲线特性；
[0032] 步骤4 ;设计基于导数的二分法算法求解最优传输功率点。
[0033] 优选地，所述步骤4中，采用基于导数的二分法算法求解最优传输功率点，具体包 括如下步骤：
[0034] a).令入> 1，j= 0,收敛口限值为e，求得州旬|如炒1的值；
[0044] 其中，A表示步长，j表示循环次数，嗦示第j次循环时smallcell用户的 传输功率，表示初始传输功率，砖表示最优解传输功率，丫（Ps)表示式（5)能效函数一 阶导数的分子，Psi、Ps2、i>s表示中间值。
[0045] 本发明提供的方法填补了现有smallcell技术研究在异构网络中的空白，首次建 立了包含宏蜂窝、smallcell和D2D的异构网络中smallcell用户的能效函数数学模型， 并将原=维优化问题化简为一维等效优化问题，通过研究等效优化问题的曲线性质，证明 了最优功率点的存在，设计了基于导数的二分法算法求解最优功率点，为求解带来了极大 的方便；采用本发明能够使得异构网络中的smallcell用户的能效达到最优值。
【具体实施方式】
[0046] 为使本发明更明显易懂，兹W-优选实施例，作详细说明如下。
[0047] smallcell用户无线资源优化方法的具体实现过程如下：
[0048] 步骤1 ;在含smallcell小基站、宏蜂窝和D2D的异构网络中，建立smallcell用 户能效的目标函数，如式（1)所示：
[0049]
…
[0050] 该目标函数包括如下约束条件：
[0051] 1、蜂窝用户的最低传输速率要求，即最低传输速率不能小于5。；
[0052]
[0053]2、D2D的最低传输速率要求，即最低传输速率不能小于5D;
[0054]
[00巧]3、smallcell用户、D2D用户和宏蜂窝用户的最大传输功率限定；
[0056] Ps，Pc，PD《Pmax
[0057] smallcell中包含一个smallcell用户。D2D对中包含两个D2D用户，其中一个 为接收用户，另一个为发送用户。其中；Ps表示smallcell用户的传输功率，hsD表示small cell用户与D2D对接收用户间的信道增益，hse表示smallcell用户与宏基站间的信道增 益，hs表示smallcell用户与小基站间的信道增益，PD表示D2D对发射用户的传输功率， h。表不D2D用户间的信道增益，Pe表不蜂窝用户的传输功率，h表不蜂窝用户与D2D对接 收用户间的信道增益，n。表示噪声功率，PWit表示D2D用户的电路功率消耗，he表示蜂窝 用户与宏基站间的信道增益，hue表示D2D对发射用户与宏基站间的信道增益，hDs表示D2D 对发射用户与小基站间的信道增益，ha表示蜂窝用户与小基站间的信道增益。（1)式中的 max函数表示最大化smallcell用户的能效函数。
[0058] 步骤2 ;由于W蜂窝用户传输功率、D2D用户传输功率和smallcell用户传输功率 为自变量的smallcell用户能效优化问题是一个非凸问题，直接进行求解非常困难。对于 相同的Ps来说，smallcell用户能效Us的值是随着蜂窝用户传输功率和D2D用户传输功 率的增加而减小的，因此，在满足约束条件1和约束条件2中蜂窝用户和D2D用户的最小容 量要求情况下取临界值（即取等号）时smallcell用户能效是最大的。由约束条件1和 约束条件2可得：
[0059]
(2)
[0060] 良P;
[0061]
(3)
[0062]分别令年=2*-'_1，0日=23。-1，由上式可W求得Wsmallcell用户传输功率为 自变量的蜂窝用户传输功率 和D2D用户传输功率，分别如下；
[0063]
(4)
[0064] 再将式妨代入到原优化问题式（1)中可得等效优化问题为：
[0065]
(5)
[0066] 此时目标函数的约束条件为：
[0067] Ps《P' max [006引其中
[007引该样，将WPs、Pc和？。（；维自变量）为自变量的原能效优化问题转化为只WPs( - 维自变量）为自变量的等效能效优化问题。
[0073] 步骤3 ;利用凸优化理论可证明式巧）中等效优化问题的目标函数关于Ps具备严 格的先增后减的曲线特性。具体证明过程如下：
[0074] 定义；一个将n维实数凸集D中的向量映射成一个实数的函数f后是拟凹的，如果 对于任意的Xi，XgGD且X1声X2都有：
[007引 f(入Xi+(1-入）又2) >min{f(Xi)，f(又2)}， 巧）
[0076] 其中0 <A< 1，min函数表示取最小值。
[0077] 任意严格单调函数都是拟凹的，并且任意严格凹函数也都是严格拟凹的，但是反 过来一般是不成立的。
[007引记
则有：
[0079] 定理；如果R(Ps)对于Ps是严格的凹函数，那么Us(Ps)就是严格拟凹的，而且是先 单调递增再单调递减的，所WPs的最优值为某个有限的正值点。
[0080] 证明；首先可W求得R(Ps)的二阶导数
[0081]
[0082] 所WR(Ps)关于Ps是一个严格凹函数。定义U(PS)的superlevel集如下：
[008引Sn= (Ps> 0|U(Ps) >n}
[0084] 由文献已知，如果对于任意实数n，s。是一个严格的凸集，则u(Ps)关于Ps是一 个严格拟凹函数。当n<0时S。集合边界上没有点，当n>0时：
[00财 Sn = {P S> 01 n ? (P s+Pc加山t) -R化）《0}。
[008引因为R(Ps)关于Ps是严格的凹函数，所WS。关于Ps是严格凸集。该样证明了u(Ps) 是关于Ps的严格拟凹函数。又u(Ps)的一阶导数为：
[0087]
[008引 由于上式分母是大于零的，所WU(Ps)的单调性只与分子的正负号有关，对分子进 行求导，令
-巧對'则
[0089]
[0090] 因此丫'化）是小于零的，丫化）单调递减，又Ps趋于零时丫（Ps)是大于零的， Ps趋于无穷时丫（Ps)是小于零的，所WU(Ps)是一个先增后减的函数。
[0091] 步骤4 ;设计基于导数的二分法算法求解最优传输功率点，具体包括如下步骤：
[009引 a).令A> 1，j= 0,收敛口限值为e，求得八巧'成，3却I的值；
[009引b).如果州制|&考,1 < 0，令
J?二J+h
[0094] C).否则令Ps叫]=入Ps[j]，j=j+ 1 ;
[0095] d).重复b).c).直到
[010引其中，Ps?表示初始传输功率，表示最优解传输功率，丫化）表示式妨能效函 数一阶导数的分子，Pgl、Ps2、表示中间值。^表示步长，j表示循环次数，表示第j次循环时smallcell用户的传输功率。
【主权项】
1. 一种small cell用户无线资源优化方法，其特征在于：该方法由以下4个步骤组 成： 步骤1 :在含small cell小基站、宏蜂窝和D2D的异构网络中，建立small cell用户 能效的目标函数，如式（1)所示：该目标函数包括如下约束条件： (1) 蜂窝用户的最低传输速率要求，即其最低传输速率不能小于S d(2) D2D的最低传输速率要求，即其最低传输速率不能小于δ D:(3) small cell用户、D2D用户和宏蜂窝用户的最大传输功率限定： Ps，Pc，P max small cell中包含一个small cell用户；D2D对中包含两个D2D用户，其中一个为接 收用户，另一个为发送用户；其中：Ps表示small cell用户的传输功率，hSD表示small cell 用户与D2D对接收用户间的信道增益，hsc表示small cell用户与宏基站间的信道增益，h s 表示small cell用户与小基站间的信道增益，Pd表示D2D对发射用户的传输功率，h D表示 D2D用户间的信道增益，P。表示蜂窝用户的传输功率，！!^表示蜂窝用户与D2D对接收用户 间的信道增益，Iitl表示噪声功率，P 表示D2D用户的电路功率消耗，h。表示蜂窝用户与 宏基站间的信道增益，hDC表示D2D对发射用户与宏基站间的信道增益，h DS表示D2D对发射 用户与小基站间的信道增益，hK表示蜂窝用户与小基站间的信道增益，max函数表示最大 化small cell用户能效的目标函数； 步骤2 :由于以蜂窝用户传输功率、D2D用户传输功率和small cell用户传输功率为自 变量的small cell用户能效优化问题是一个非凸问题，直接进行求解非常困难；对于相同 的Ps来说，small cell用户能效U s的值是随着蜂窝用户传输功率和D2D用户传输功率的 增加而减小的，因此，在满足约束条件1和约束条件2中蜂窝用户和D2D用户的最小容量要 求情况下取临界值时small cell用户能效是最大的；由约束条件1和约束条件2可得：(2) 即：(3) 分别令0e=2df+-1，&=2%-1，由上式可以求得以small cell用户传输功率为自变量 的蜂窝用户传输功率和D2D用户传输功率，分别如下：(4) 再将式（5)代入到原优化问题式（1)中可得等效优化函数为：(5) 此时目标函数的约束条件为： Pr max 其中这样，将以PS、P。和Pd为自变量的原能效优化问题转化为只以Ps为自变量的等效能效 优化问题； 步骤3:利用凸优化理论可证明式（5)中等效优化问题的目标函数关于Ps具备严格的 先增后减的曲线特性； 步骤4 :设计基于导数的二分法算法求解最优传输功率点。2.如权利要求1所述的一种small cell用户无线资源优化方法，其特征在于：所述步 骤4中，采用基于导数的二分法算法求解最优传输功率点，具体包括如下步骤： a) .令λ > 1，j = 〇,收敛门限值为ε，求得的值； b) .如果考I〈〇，4, j = j+1 ; c) .否则令j = j+1 ; d) ·重复 b) · c) ·直到·/(Ps)Iii=IiBi < 〇 ;其中，λ表示步长，j表示循环次数，P/Λ表示第j次循环时small cell用户的传输功 率，Jft表示初始传输功率，<表示最优解传输功率，γ (Ps)表示式（5)能效函数一阶导数 的分子，Ps1、Ps2、1?表不中间值。
【专利摘要】本发明提供了一种small cell用户无线资源优化方法，包括在含small cell、宏蜂窝和D2D的异构网络中，建立small cell用户的能效函数数学模型；然后利用约束条件将原三维优化问题转化为一维优化问题；通过理论推导，证明此一维等效能效函数具备先增后减的曲线特性，即全局最优功率点存在；然后设计基于导数的二分法算法求解最优功率点。本发明能够提高异构网络中small cell用户的能效，满足绿色通信的要求。
【IPC分类】H04W52/26, H04W84/04
【公开号】CN104902557
【申请号】CN201510271828
【发明人】任乐乐, 葛华勇, 房树娟, 柳姣姣, 陈秀红, 刘强
【申请人】东华大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月25日
【技术领域】
[0001] 本发明设及移动通信功率控制技术，尤其设及一种smallcell(小基站）用户无 线资源优化方法。
【背景技术】
[0002] Smallcell是低功率的无线接入节点，工作在授权的、非授权的频谱，可W覆盖10 米到200米的范围，smallcell是3G数据分流的重要成分，是管理LTE-A频谱的有效办法。
[0003] 随着绿色通信日益受到人们的关注，如何通过功率控制W提高异构网络中small cell的能效，是当前smallcell技术亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种smallcell用户无线资源优化方法，W提高 smallcell用户的能效。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种smallcell用户无线资源 优化方法，其特征在于：该方法由W下4个步骤组成：
[0006] 步骤1 ;在含smallcell小基站、宏蜂窝和D2D的异构网络中，建立smallcell用 户能效的目标函数，如式（1)所示：
[0007]
…
[0008] 该目标函数包括如下约束条件：
[0009] 1、蜂窝用户的最低传输速率要求，即其最低传输速率不能小于5。；
[0010]
[0011] 2、D2D的最低传输速率要求，即其最低传输速率不能小于5。；
[0012]
[0013] 3、smallcell用户、D2D用户和宏蜂窝用户的最大传输功率限定；
[0014] Ps，Pc，Pmax
[001引smallcell中包含一个smallcell用户；D2D对中包含两个D2D用户，其中一个 为接收用户，另一个为发送用户；其中；Ps表不smallcell用户的传输功率，hsD表不small cell用户与D2D对接收用户间的信道增益，hse表示smallcell用户与宏基站间的信道增 益，hs表示smallcell用户与小基站间的信道增益，Pd表示D2D对发射用户的传输功率， h。表示D2D用户间的信道增益，Pe表示蜂窝用户的传输功率，hCD表示蜂窝用户与D2D对接 收用户间的信道增益，n。表示噪声功率，P表示D2D用户的电路功率消耗，he表示蜂窝 用户与宏基站间的信道增益，hue表示D2D对发射用户与宏基站间的信道增益，hps表示D2D对发射用户与小基站间的信道增益，ha表示蜂窝用户与小基站间的信道增益，max函数表 示最大化smallcell用户能效的目标函数；
[0016] 步骤2 ;由于W蜂窝用户传输功率、D2D用户传输功率和smallcell用户传输功 率为自变量的smallcell用户能效优化问题是一个非凸问题，直接进行求解非常困难；对 于相同的Ps来说，smallcell用户能效Us的值是随着蜂窝用户传输功率和D2D用户传输 功率的增加而减小的，因此，在满足约束条件1和约束条件2中蜂窝用户和D2D用户的最小 容量要求情况下取临界值时smallcell用户能效是最大的；由约束条件1和约束条件2可 得：
[0020] 分别令聲^1,#0= 2"。-U由上式可W求得Wsmallcell用户传输功率为 自变量的蜂窝用户传输功率和D2D用户传输功率，分别如下；
[0021]
[002引再将式妨代入到原优化问题式（1)中可得等效优化函数为：
[0023]
W
[0024] 此时目标函数的约束条件为：
[0025] Ps《P'max [002引其中
[0029]
[0030] 该样，将WPs、Pe和Pd为自变量的原能效优化问题转化为只WPs为自变量的等效 能效优化问题；
[0031] 步骤3 ;利用凸优化理论可证明式巧）中等效优化问题的目标函数关于Ps具备严 格的先增后减的曲线特性；
[0032] 步骤4 ;设计基于导数的二分法算法求解最优传输功率点。
[0033] 优选地，所述步骤4中，采用基于导数的二分法算法求解最优传输功率点，具体包 括如下步骤：
[0034] a).令入> 1，j= 0,收敛口限值为e，求得州旬|如炒1的值；
[0044] 其中，A表示步长，j表示循环次数，嗦示第j次循环时smallcell用户的 传输功率，表示初始传输功率，砖表示最优解传输功率，丫（Ps)表示式（5)能效函数一 阶导数的分子，Psi、Ps2、i>s表示中间值。
[0045] 本发明提供的方法填补了现有smallcell技术研究在异构网络中的空白，首次建 立了包含宏蜂窝、smallcell和D2D的异构网络中smallcell用户的能效函数数学模型， 并将原=维优化问题化简为一维等效优化问题，通过研究等效优化问题的曲线性质，证明 了最优功率点的存在，设计了基于导数的二分法算法求解最优功率点，为求解带来了极大 的方便；采用本发明能够使得异构网络中的smallcell用户的能效达到最优值。
【具体实施方式】
[0046] 为使本发明更明显易懂，兹W-优选实施例，作详细说明如下。
[0047] smallcell用户无线资源优化方法的具体实现过程如下：
[0048] 步骤1 ;在含smallcell小基站、宏蜂窝和D2D的异构网络中，建立smallcell用 户能效的目标函数，如式（1)所示：
[0049]
…
[0050] 该目标函数包括如下约束条件：
[0051] 1、蜂窝用户的最低传输速率要求，即最低传输速率不能小于5。；
[0052]
[0053]2、D2D的最低传输速率要求，即最低传输速率不能小于5D;
[0054]
[00巧]3、smallcell用户、D2D用户和宏蜂窝用户的最大传输功率限定；
[0056] Ps，Pc，PD《Pmax
[0057] smallcell中包含一个smallcell用户。D2D对中包含两个D2D用户，其中一个 为接收用户，另一个为发送用户。其中；Ps表示smallcell用户的传输功率，hsD表示small cell用户与D2D对接收用户间的信道增益，hse表示smallcell用户与宏基站间的信道增 益，hs表示smallcell用户与小基站间的信道增益，PD表示D2D对发射用户的传输功率， h。表不D2D用户间的信道增益，Pe表不蜂窝用户的传输功率，h表不蜂窝用户与D2D对接 收用户间的信道增益，n。表示噪声功率，PWit表示D2D用户的电路功率消耗，he表示蜂窝 用户与宏基站间的信道增益，hue表示D2D对发射用户与宏基站间的信道增益，hDs表示D2D 对发射用户与小基站间的信道增益，ha表示蜂窝用户与小基站间的信道增益。（1)式中的 max函数表示最大化smallcell用户的能效函数。
[0058] 步骤2 ;由于W蜂窝用户传输功率、D2D用户传输功率和smallcell用户传输功率 为自变量的smallcell用户能效优化问题是一个非凸问题，直接进行求解非常困难。对于 相同的Ps来说，smallcell用户能效Us的值是随着蜂窝用户传输功率和D2D用户传输功 率的增加而减小的，因此，在满足约束条件1和约束条件2中蜂窝用户和D2D用户的最小容 量要求情况下取临界值（即取等号）时smallcell用户能效是最大的。由约束条件1和 约束条件2可得：
[0059]
(2)
[0060] 良P;
[0061]
(3)
[0062]分别令年=2*-'_1，0日=23。-1，由上式可W求得Wsmallcell用户传输功率为 自变量的蜂窝用户传输功率 和D2D用户传输功率，分别如下；
[0063]
(4)
[0064] 再将式妨代入到原优化问题式（1)中可得等效优化问题为：
[0065]
(5)
[0066] 此时目标函数的约束条件为：
[0067] Ps《P' max [006引其中
[007引该样，将WPs、Pc和？。（；维自变量）为自变量的原能效优化问题转化为只WPs( - 维自变量）为自变量的等效能效优化问题。
[0073] 步骤3 ;利用凸优化理论可证明式巧）中等效优化问题的目标函数关于Ps具备严 格的先增后减的曲线特性。具体证明过程如下：
[0074] 定义；一个将n维实数凸集D中的向量映射成一个实数的函数f后是拟凹的，如果 对于任意的Xi，XgGD且X1声X2都有：
[007引 f(入Xi+(1-入）又2) >min{f(Xi)，f(又2)}， 巧）
[0076] 其中0 <A< 1，min函数表示取最小值。
[0077] 任意严格单调函数都是拟凹的，并且任意严格凹函数也都是严格拟凹的，但是反 过来一般是不成立的。
[007引记
则有：
[0079] 定理；如果R(Ps)对于Ps是严格的凹函数，那么Us(Ps)就是严格拟凹的，而且是先 单调递增再单调递减的，所WPs的最优值为某个有限的正值点。
[0080] 证明；首先可W求得R(Ps)的二阶导数
[0081]
[0082] 所WR(Ps)关于Ps是一个严格凹函数。定义U(PS)的superlevel集如下：
[008引Sn= (Ps> 0|U(Ps) >n}
[0084] 由文献已知，如果对于任意实数n，s。是一个严格的凸集，则u(Ps)关于Ps是一 个严格拟凹函数。当n<0时S。集合边界上没有点，当n>0时：
[00财 Sn = {P S> 01 n ? (P s+Pc加山t) -R化）《0}。
[008引因为R(Ps)关于Ps是严格的凹函数，所WS。关于Ps是严格凸集。该样证明了u(Ps) 是关于Ps的严格拟凹函数。又u(Ps)的一阶导数为：
[0087]
[008引 由于上式分母是大于零的，所WU(Ps)的单调性只与分子的正负号有关，对分子进 行求导，令
-巧對'则
[0089]
[0090] 因此丫'化）是小于零的，丫化）单调递减，又Ps趋于零时丫（Ps)是大于零的， Ps趋于无穷时丫（Ps)是小于零的，所WU(Ps)是一个先增后减的函数。
[0091] 步骤4 ;设计基于导数的二分法算法求解最优传输功率点，具体包括如下步骤：
[009引 a).令A> 1，j= 0,收敛口限值为e，求得八巧'成，3却I的值；
[009引b).如果州制|&考,1 < 0，令
J?二J+h
[0094] C).否则令Ps叫]=入Ps[j]，j=j+ 1 ;
[0095] d).重复b).c).直到
[010引其中，Ps?表示初始传输功率，表示最优解传输功率，丫化）表示式妨能效函 数一阶导数的分子，Pgl、Ps2、表示中间值。^表示步长，j表示循环次数，表示第j次循环时smallcell用户的传输功率。
【主权项】
1. 一种small cell用户无线资源优化方法，其特征在于：该方法由以下4个步骤组 成： 步骤1 :在含small cell小基站、宏蜂窝和D2D的异构网络中，建立small cell用户 能效的目标函数，如式（1)所示：该目标函数包括如下约束条件： (1) 蜂窝用户的最低传输速率要求，即其最低传输速率不能小于S d(2) D2D的最低传输速率要求，即其最低传输速率不能小于δ D:(3) small cell用户、D2D用户和宏蜂窝用户的最大传输功率限定： Ps，Pc，P max small cell中包含一个small cell用户；D2D对中包含两个D2D用户，其中一个为接 收用户，另一个为发送用户；其中：Ps表示small cell用户的传输功率，hSD表示small cell 用户与D2D对接收用户间的信道增益，hsc表示small cell用户与宏基站间的信道增益，h s 表示small cell用户与小基站间的信道增益，Pd表示D2D对发射用户的传输功率，h D表示 D2D用户间的信道增益，P。表示蜂窝用户的传输功率，！!^表示蜂窝用户与D2D对接收用户 间的信道增益，Iitl表示噪声功率，P 表示D2D用户的电路功率消耗，h。表示蜂窝用户与 宏基站间的信道增益，hDC表示D2D对发射用户与宏基站间的信道增益，h DS表示D2D对发射 用户与小基站间的信道增益，hK表示蜂窝用户与小基站间的信道增益，max函数表示最大 化small cell用户能效的目标函数； 步骤2 :由于以蜂窝用户传输功率、D2D用户传输功率和small cell用户传输功率为自 变量的small cell用户能效优化问题是一个非凸问题，直接进行求解非常困难；对于相同 的Ps来说，small cell用户能效U s的值是随着蜂窝用户传输功率和D2D用户传输功率的 增加而减小的，因此，在满足约束条件1和约束条件2中蜂窝用户和D2D用户的最小容量要 求情况下取临界值时small cell用户能效是最大的；由约束条件1和约束条件2可得：(2) 即：(3) 分别令0e=2df+-1，&=2%-1，由上式可以求得以small cell用户传输功率为自变量 的蜂窝用户传输功率和D2D用户传输功率，分别如下：(4) 再将式（5)代入到原优化问题式（1)中可得等效优化函数为：(5) 此时目标函数的约束条件为： Pr max 其中这样，将以PS、P。和Pd为自变量的原能效优化问题转化为只以Ps为自变量的等效能效 优化问题； 步骤3:利用凸优化理论可证明式（5)中等效优化问题的目标函数关于Ps具备严格的 先增后减的曲线特性； 步骤4 :设计基于导数的二分法算法求解最优传输功率点。2.如权利要求1所述的一种small cell用户无线资源优化方法，其特征在于：所述步 骤4中，采用基于导数的二分法算法求解最优传输功率点，具体包括如下步骤： a) .令λ > 1，j = 〇,收敛门限值为ε，求得的值； b) .如果考I〈〇，4, j = j+1 ; c) .否则令j = j+1 ; d) ·重复 b) · c) ·直到·/(Ps)Iii=IiBi < 〇 ;其中，λ表示步长，j表示循环次数，P/Λ表示第j次循环时small cell用户的传输功 率，Jft表示初始传输功率，<表示最优解传输功率，γ (Ps)表示式（5)能效函数一阶导数 的分子，Ps1、Ps2、1?表不中间值。
【专利摘要】本发明提供了一种small cell用户无线资源优化方法，包括在含small cell、宏蜂窝和D2D的异构网络中，建立small cell用户的能效函数数学模型；然后利用约束条件将原三维优化问题转化为一维优化问题；通过理论推导，证明此一维等效能效函数具备先增后减的曲线特性，即全局最优功率点存在；然后设计基于导数的二分法算法求解最优功率点。本发明能够提高异构网络中small cell用户的能效，满足绿色通信的要求。
【IPC分类】H04W52/26, H04W84/04
【公开号】CN104902557
【申请号】CN201510271828
【发明人】任乐乐, 葛华勇, 房树娟, 柳姣姣, 陈秀红, 刘强
【申请人】东华大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月25日
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