[发明专利]一种双层异构网络功率控制方法

权利要求书

1.一种双层异构网络功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，建立双层异构网络功率控制模型；

步骤二，初始化星体的位置和量子位置，将所有星体进行非支配解等级排序，再对每个等级中的所有星体按照拥挤度进行排序；

步骤三，进行锦标赛选择机制，选出新的星系；

步骤四，根据位置混沌变化更新量子旋转角，使用模拟量子旋转门演化星系的寻优搜索过程；

步骤五，判断是否达到最大循环次数K₁，若未达到返回步骤四直到达到最大循环次数，否则终止循环，将第作为最优星系，表示新的星系的星体个数，设定旋转混沌移动的最大循环次数为K₂，循环次数标号为k₂，k₂∈[K₁+1,K₁+K₂]，则第g次迭代中的第k₂次循环中第l个星体的位置为N_m表示双层异构网络中宏基站用户数量总数量，F表示家庭基站总数量，N_f表示家庭用户数量,在旋转混沌移动循环中的初始星系为

步骤六，将所有星体进行正向和负向旋转混沌移动，寻找更优的星系；

步骤七，判断是否达到最大循环次数K₁+K₂，若未达到，令k₂＝k₂+1，返回步骤六；否则终止循环，将第g迭代中得到的新的星系作为最优结果，

步骤八，将得到的新的星系与初始星系混合，选出与初始星系相同规模的星系；

步骤九，判断是否达到最大迭代次数G，若未达到，令g＝g+1，返回到步骤三；否则终止迭代，将第G次迭代中的Pareto最优星体集合输出，根据具体的通信需求，得到最优的功率分配方案。

2.根据权利要求1所述的一种双层异构网络功率控制方法，其特征在于：步骤一所述建立双层异构网络功率控制模型具体为：

构成Macrocell/Femtocell双层异构网络：在一个半径为R_m的宏小区内，随机分布F个半径为R_f的Femtocell，Femtocell的覆盖范围都在宏小区内且之间互不交叉，其中整个Macrocell内随机分布N_m个宏基站用户MUE，每个Femtocell中随机分布N_f个家庭基站用户FUE，然后采用共享频段的方式，将频谱资源一共划分为Q个子信道，所有的MUE和FUE共同使用Q个子信道；信道分配方式为：先在N_m个MUE中随机抽取Q个MUE平均分配在Q个子信道，再将N_m-Q个宏基站用户随机分配到Q个子信道，其中2Q＞N_m＞Q，将FN_f个家庭基站用户随机分配到Q个子信道中，其中Q＞FN_f，干扰情况具体为：

Macrocell层的同层干扰：当Macrocell想要发送信号到用户i时，若Macrocell的用户i和用户y同时占用了信道，那么用户y就为干扰用户，Macrocell对用户i的干扰满足：其中，为Macrocell到其用户i的信道增益，为Macrocell给干扰用户y所分配的功率，为Macrocell到其用户i的路径损耗；从Macrocell到其用户i的信道增益进行建模为：表示在Macrocell与MUE之间的距离；

Femtocell对MUE的跨层干扰：当Macrocell想要发送信号到其用户i，若在Macrocell覆盖范围内的Femtocell也为其用户y分配了同一传输Macrocell发送给其用户i信号的子信道时，此时这个Femtocell就是干扰基站，对Macrocell的用户i的干扰为：其中，为Femtocell到正常用户i的信道增益，为Femtocell为其用户y所分配的功率，为Femtocell到正常用户i的路径损耗，Femtocell对MUE的信道增益满足：Z_c为一个损耗因子；Z^F通过求得，λ为波长，为FBS和室内MUE之间的距离，第i个MUE受到的干扰和为

Macrocell对FUE的跨层干扰：当Femtocell想要发送信号到其用户i时，Macrocell同时也为其用户y分配了同一传输Femtocell发送给其用户i信号的子信道时，这时Macrocell就是干扰基站，对Femtocell的用户i的干扰为：其中，为Macrocell到正常用户i的信道增益，为Macrocell为干扰用户y所分配的功率，为Macrocell到正常用户i的路径损耗，Macrocell到FUE的信道增益与Macrocell到MUE的信道情况相同，所以模型为：表示在Macrocell与FUE之间的距离，路径损耗可以定义为：宏基站会安装三个天线，每个天线负责120度的扇形区域，三个天线负责的面积加在一起就会完整覆盖宏基站的圆形作用区域，当干扰用户和被干扰用户在同一个天线负责的扇形区域内时，基站发送给干扰用户的功率到达被干扰用户时只剩下原来的二分之一，即路径损耗为二分之一；当干扰用户和被干扰用户不在同一个天线负责的扇形区域内时，功率减小为原来的的四分之一，即路径损耗为四分之一；

采用加性高斯白噪声作为环境噪声；

异构网络中对系统吞吐量进行建模为N_m是系统中宏基站用户总数量；FN_f是系统中家庭基站用户总数量；和分别表示第i个宏基站用户和第y个家庭基站用户的吞吐量，根据香农公式吞吐量通过和求出，其中，和分别表示第i个宏基站用户和第y个家庭基站用户的信噪比，具体结果可以通过和求出，H_i和H_y表示在正常通信时第i个宏基站用户和第y个家庭基站用户相对应的基站对其的信道增益，P_i和P_y分别表示第i个宏基站用户和第y个家庭基站用户对应的基站为其分配的功率；G_i和G_y为正常通信时第i个宏基站用户和第y个家庭基站用户相对应基站对其的路径损耗；n₀表示环境噪声，在上述公式中M_i和F_y分别代表第i个宏基站用户和第y个家庭基站用户的跨层干扰和同层干扰的干扰和；

将第1个目标函数系统吞吐量最大化和第2个目标函数系统能耗最小化同时作为目标函数，将能耗最小化问题转变为最大化问题，数学模型建立为公式：

P_max是系统所能发射的最大功率，系统所能发射的最大功率是基站的发射功率和电路损耗的总和，求解公式为为Macrocell最大的总功率，为每个Femtocell最大的总功率，和分别表示Macrocell层和Femtocell层的电路损耗，P是系统的实际发射功率，求解公式为P_i^m和分别为第i个宏基站用户和第y个家庭基站用户的实际功率，P_max不变的情况下，P越小，第2个目标函数值f₂越优，和分别表示宏基站用户和家庭基站用户实际功率可以达到的最小值和最大值。