[发明专利]无线网络能效谱效联合优化的功率分配方法

说明书

本发明公开了一种无线网络能效谱效联合优化的功率分配方法，包括定义一种能效和谱效联合优化的代价函数，通过对代价函数的迭代求解获得能效、谱效的折衷。在每次迭代中，先寻找用户速率的下限来近似用户速率，再通过梯度法更新基站最佳总发射功率，最后利用拉格朗日对偶的方法对用户功率进行分配。当用户功率收敛时，迭代结束并获得最佳用户功率分配。本发明给出了一种能实现谱效和能效联合优化的有效、快速的功率分配方法，避免了暴力求解方法带来的复杂度。同时，运营商可以通过调节加权系数，灵活配置谱效和能效之间的比重，从而实现能效和谱效的折衷。

技术领域

本发明涉及移动通信系统中能效谱效联合优化优化问题，属于无线通信中的网络技术领域。

背景技术

随着智能手机和平板电脑等便携移动终端开始流行并逐渐普及，无线数据业务量迅猛增长。然而，现在通信系统频谱效率的提高速度跟不上数据需求增长的速度，这一问题在人流量密集的热点区域尤为严峻。

以正交频分复用技术(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)和多输入多输出天线技术(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)技术为核心的LTE(LongTerm Evolution)通信系统对通信网络的传输能力提出了更高的要求，因此对于频谱资源极为受限的移动通信系统，需要提升单位传输带宽上的数据传输速率，即提高系统的谱效(SE,Spectral Efficiency)。

随着人们对能源消耗和环境问题的关注，移动通信网络的能耗问题也越来越引起广大研究者的关注。因此，如何降低移动通信网络所消耗的能量，提高移动通信系统的能效(EE,Energy Efficiency)，已成为了当前移动通信研究领域的一个研究热点。近年来，通信系统中节能传输得到越来越多的关注，绿色通信是通信发展的必然趋势，因而系统的能效也成为衡量通信网络的重要性能指标之一。然而能效和谱效这两种度量指标并不总是一致变化的，有时候甚至是相互对立的，片面追求其中一个指标将会造成另一指标的急速下降。于是，两种指标间的平衡和折衷，从而实现联合优化成为一个热点问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种LTE系统能效谱效联合优化的功率分配方法。通过先优化总发射功率后对分配给各用户功率进行优化的方法获得最优用户功率分配，实现能效谱效合理的联合优化。

本发明的技术方案为：能效和谱效并不是一直同时增大或减小的，而是在一定区间内谱效的增大会带来能效的急剧下降，因此并不能同时获得两者的最大值，而是应该进行能效和谱效的折衷，以实现能效和谱效的联合优化。

定义能效和谱效联合优化的代价函数：

其中η_SE和η_EE分别表示系统的谱效和能效，β表示加权系数，和用于将谱效和能效化为相同数量级，β表示能效的相对权重。β取值由运营商根据网络运行情况自行决定。

能效和谱效的联合优化问题为：

max η_SE-EE

其中p_n表示第n个用户分配的功率，P_max表示运营商允许的最大发射功率。因此，能效和谱效的联合优化问题是在给定的功率约束的条件下，对发射功率及其在各用户间的分配进行优化，从而实现能效和谱效的联合优化。

主要步骤包括：

1)步骤一：寻找用户速率下界，对用户速率进行近似