[发明专利]蜂窝下行通信能效优化方法

权利要求书

1.一种蜂窝下行通信能效优化方法，其特征在于包括基站辅助决策的步骤和接收点独立决策的步骤：

所述的基站辅助决策的步骤，包括启动中继预选的步骤；验证预选中继的步骤和启动与结束D2D链路发射功率调节过程的步骤；所述的启动中继预选和启动与结束D2D链路发射功率调节过程的步骤，具体为采用如下步骤进行中继预选和发射功率调节：

步骤1.0：将C_M,M中的元素赋值为0，同时将P_M,M中的每个元素赋值为p_j^max/2，创建空集合D和E，并且将定时器t_Δ设置为Δ，向所有节点广播中继预选启动包，进入步骤1.1；所述C_M,M中的元素为C_ij，定义为中继j到中继i分配到的WiFi信道号；所述P_M,M中的元素为P_ij，定义为中继j向中继i发送数据时的发射功率；集合D中的元素为α_ij，定义为若中继i选择中继j作为转发数据的中继，则α_ij的值为1，否则为0；集合E中的元素为α_kji，定义为若中继i选择中继k和中继j帮其依次转发数据，则α_kji的值为1，否则为0；

步骤1.1：在定时器t_Δ未超时的情况下，若基站接收到分配给链路j→i的WiFi信道号c_ji，则对矩阵C_M,M进行更新；若接收到α_ji，则将其加入到D集合；若接收到α_kji，则将其加入到E集合；若定时器t_Δ超时，则进入步骤1.2；

步骤1.2：验证预选的第二中继，验证预选的第一中继，分别根据如下公式计算P和T，向所有节点广播C_M,M,P_M,M,P和T，进入步骤1.3；

P＝∑_{i∈U＝{1,2,...N}}P_i

T＝∑_{i∈U＝{1,2,...N}}T_i

其中P为整个网络中下行传输路径上各段链路发射端的发射功率之和：P_i是接收节点i的下行传输路径上各段链路发射端的发射功率之和；若接收节点i确定采用一个中继节点j转发数据，则P_i为基站和中继节点j的发射功率之和；若接收节点i确定采用两个中继节点k和j转发数据，则P_i为基站、中继节点k、以及中继节点j的发射功率之和；若接收节点i确定不采用中继节点，则P_i即为基站的发射功率；T为整个网络中下行链路的潜在吞吐能力：T_i是接收节点i的数据接收能力；

步骤1.3：将判断中继节点发射功率调节是否达到收敛状态的标记flag赋值为false，将定时器t_Δ重新设置为Δ，当t_Δ没有超时的情况下，若基站接收到链路j→i发射端发射功率p_ji，则将flag设置true并且对C_M,M进行更新；若接收到蜂窝链路基站→j发射端发射功率p_0j，则对C_M,M进行更新；若t_Δ超时，则进入步骤1.4；

步骤1.4：若flag为true，则再次计算P和T，并且向所有节点广播C_M,M,P_M,M,P和T，重新返回步骤1.3；否则向所有节点广播功率调节终止包，结束算法的运行；

所述的接收节点独立决策的步骤，包括D2D中继预选决策的步骤，D2D链路发射功率的折半调节的步骤和D2D链路发射功率逐步递减调节的步骤；

其中，所述的D2D链路发射功率的折半调节的步骤，具体为采用如下步骤进行折半调节：

步骤2.0：针对N个获得蜂窝信道的接收节点，假设数据依次通过中继UE k、中继UE j从基站传输到UE i，将用来记录D2D链路k→j是否完成发射功率折半调节的标记flag_kj、用来记录D2D链路j→i是否完成发射功率折半调节的标记flag_ji都初始化为false，进入步骤2.1；

步骤2.1：若接收到基站的C_M,M、P_M,M、P和T，则进入步骤2.2；否则，重新进入步骤2.1；若收到基站的功率调整终止包，则结束算法的运行；否则不做任何操作；

步骤2.2：针对接收节点UE i，若α_kji值为1，则进入步骤2.3；否则若α_ji值为1，则进入步骤2.11；否则不做任何操作；

步骤2.3：计算T^k_th和p^k_th，其分别代表当接收端UE k比特误码率达到阈值BER时，接收端与基站之间的蜂窝链路下行吞吐量以及此时基站的发射功率；并将p^k_th赋值给p_0k并且将p_0k发送到基站，进入步骤2.4；

步骤2.4：基于当前C_M,M矩阵值和P_M,M矩阵值，计算T^kj_wifi和T^ji_wifi：若中继UE k与中继UEj之间下行WiFi链路吞吐量T^kj_wifi大于中继UE j与接收端UE i之间下行WiFi链路吞吐量T^ji_wifi，则进入步骤2.5；否则进入步骤2.8；

步骤2.5：若T^kj_wifi大于T^k_th并且flag_kj的值为false，则进入步骤2.6；否则若T^kj_wifi大于T^k_th并且flag_kj的值为true，则逐步递减调节中继UE k的发射功率；否则不做任何操作；

步骤2.6：将flag_kj赋值为true，若此时UE k发射功率p_kj所对应效用函数值大于UE k发射功率为最大发射功率p^k_max时所对应效用函数值，则进入步骤2.7；否则将p_kj赋值为p^k_max，并且若UE k发射功率为p_kj减去步长ε后所对应效用函数值大于其不改变时所对应效用函数值，则将p_kj减去ε的值赋给p_kj，发送p_kj到基站；否则不做任何操作；

步骤2.7：若此时UE k发射功率p_kj减去步长ε后所对应效用函数值大于其不改变时所对应效用函数值，则将p_kj减去ε的值赋给p_kj，发送p_kj到基站；否则不做任何操作；

步骤2.8：若T^ji_wifi大于T^k_th并且flag_ji的值为false，则进入步骤2.9；否则若T^ji_wifi大于T^k_th并且flag_ji的值为true，则逐步递减调节中继UE j的发射功率；否则不做任何操作；

步骤2.9：将flag_ji赋值为true，若此时UE j发射功率p_ji所对应效用函数值大于UE j发射功率为最大发射功率p^j_max时所对应效用函数值，则进入步骤2.10；否则将p_ji赋值为p^j_max，并且若UE j发射功率为p_ji减去步长ε后所对应效用函数值大于其不改变时所对应效用函数值，则将p_ji减去ε的值赋给p_ji，发送p_ji到基站；否则不做任何操作；

步骤2.10：若UE j发射功率为p_ji减去步长ε后所对应效用函数值大于其不改变时所对应效用函数值，则将p_ji减去ε的值赋给p_ji，发送p_ji到基站；否则不做任何操作；

步骤2.11：计算T^j_th和p^j_th，其分别代表当接收端UE j比特误码率达到阈值BER时，接收端与基站之间的蜂窝链路下行吞吐量以及此时基站的发射功率；将p^j_th赋值给p_0j并且将p_0j发送到基站，进入步骤2.12；

步骤2.12：基于当前C_M,M矩阵值和P_M,M矩阵值，计算中继UE j与接收端UE i之间下行WiFi链路吞吐量T^ji_wifi：若T^ji_wifi大于T^j_th并且flag_ji的值为false，则进入步骤2.13；否则若T^ji_wifi大于T^j_th并且flag_ji的值为true，则逐步调节中继UE j的发射功率；否则不做任何操作；

步骤2.13：将flag_ji赋值为true，若此时UE j发射功率p_ji所对应效用函数值大于UE j发射功率为最大发射功率p^j_max时所对应效用函数值，则进入步骤2.14；否则将p_ji赋值为p^j_max，并且若UE j发射功率为p_ji减去步长ε后所对应效用函数值大于其不改变时所对应效用函数值，则将p_ji减去ε的值赋给p_ji，发送p_ji到基站；否则不做任何操作；

步骤2.14：若UE j发射功率为p_ji减去步长ε后所对应效用函数值大于其不改变时所对应效用函数值，则将p_ji减去ε的值赋给p_ji，发送p_ji到基站；否则不做任何操作；

其中，所述的D2D链路发射功率逐步递减调节的步骤，具体为采用如下步骤进行逐步递减调节：

步骤3.0：若α_kji值为1，则进入步骤3.1；否则若α_ji值为1，则进入步骤3.4；

步骤3.1：基于当前C_M,M矩阵值和P_M,M矩阵值，计算T^kj_wifi和T^ji_wifi：若T^kj_wifi大于T^ji_wifi并且T^kj_wifi大于T^k_th，则进入步骤3.2；否则若T^kj_wifi小于或等于T^ji_wifi并且T^ji_wifi大于T^k_th进入步骤3.3；

步骤3.2：若UE k发射功率为p_kj减去步长ε后所对应效用函数值大于其不改变时所对应效用函数值，则将p_kj减去ε的值赋给p_kj，发送p_kj到基站；否则不做任何操作；

步骤3.3：若UE j发射功率为p_ji减去步长ε后所对应效用函数值大于其不改变时所对应效用函数值，则将p_ji减去ε的值赋给p_ji，发送p_ji到基站；否则不做任何操作；

步骤3.4：基于当前C_M,M矩阵值和P_M,M矩阵值，计算T^ji_wifi；若T^ji_wifi大于T^j_th，则进入步骤3.5；否则不做任何操作；

步骤3.5：若UE j发射功率为p_ji减去步长ε后所对应效用函数值大于其不改变时所对应效用函数值，则将p_ji减去ε的值赋给p_ji，发送p_ji到基站；否则不做任何操作。