[发明专利]一种能量获取D2D异构网络中频效能效优化方法

说明书

本发明公开一种能量获取D2D异构网络中频效能效优化方法。主要包括如下步骤：1、构建能量获取D2D异构网络优化频效能效的数学模型。2、化简频效能效优化的能量获取D2D异构网络的数学模型。3、多目标优化问题转化为单目标优化问题。4、基于凸优化理论求解α＞0时的频效能效优化问题。5、基于凸优化理论求解α＝0时的频效能效优化问题。6、基于梯度下降法求解频效能效优化问题。应用本发明，在保证CU用户QoS的前提下，解决了能量获取D2D异构网络中信道分配、传输时间分配、功率分配的优化问题，可以同时最大化系统频谱效率和能量效率。

技术领域

本发明属于无线网络技术领域，能量获取D2D异构网络中频谱效率和能量效率α公平性优化的资源分配方法，涉及到蜂窝用户QoS约束、能量获取约束，通过求解通信系统中信道分配、功率分配和能量获取时间分配的联合优化问题，来最大化能量获取D2D异构网络的频谱效率和能量效率。

背景技术

从以语音业务为代表的模拟通信系统，到如今即将大规模商用，具有广阔应用场景的第五代(5th Generation，5G)移动通信系统，蜂窝通信网络在不断的进步与发展。在传统的蜂窝网络中，用户需要通过基站(Base Station,BS)进行通信，利用上行链路通信与下行链路通信进行信息交互，这会降低信息的传输效率及资源利用率，同时由于智能接入设备及各种业务场景的大量增加，使得频谱资源日显匮乏，网络流量迅速上升，能量消耗不断增大。

为提升网络容量，提高资源利用率，设备直通(Device-to-Device，D2D)通信技术应运而生，D2D通信即是设备到设备的通信，避免了蜂窝通信中用户数据通过网络中转传输，降低了基站负载，提高了传输效率。作为5G通信系统中的关键技术，D2D通信具有高速率，低功耗的特点，具有广阔的发展前景。

D2D通信存在优势的同时，还面临着挑战。一方面在复用模式下，D2D用户复用蜂窝(Cellular User,CU)用户的信道资源，这导致设备之间会产生干扰，降低了频谱资源利用效率，因此如何提高频谱效率对于D2D通信来说具有十分重要的意义；另一方面，D2D设备在传输和处理信号的过程中，会消耗大量的能量，而无线终端设备典型的能量来源是预先充电的电池，一旦电池电量耗尽，无线终端设备就会处于空闲状态，资源利用率低，所以考虑D2D发射端设备进行能量获取，能量获取技术可以使设备将环境中的射频能量，风能，热能等转为电能并存储以供设备正常运行，相比与传统电池供电方式，提高了设备寿命。本发明不考虑具体的能量获取技术，而且在能量获取技术下，研究如何控制能量获取时间，以及怎样对获取的能量进行充分利用，提高能量效率，是一个非常值得研究的问题。

在此背景下，本发明考虑D2D用户复用蜂窝用户上行资源，在保证蜂窝用户通信质量的前提下，解决了能量获取D2D异构网络中信道分配、传输时间分配、功率分配的优化问题，可以同时最大化系统频谱效率(Spectral-Efficiency，SE)和能量效率(Energy-Efficiency，EE)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种最优化方法，在D2D用户复用蜂窝用户上行资源的通信系统中，解决信道分配、功率分配和能量获取时间分配的联合优化问题，使得能量获取D2D异构网络中，在满足蜂窝用户QoS约束、能量获取约束的情况下，最大化频谱效率和能量效率。

发明的技术解决方案如下：