[发明专利]适用于异构无线蜂窝网络的用户接入和功率分配方法

摘要

本发明公开了一种应用于异构无线蜂窝网络上行链路的基于用户接入和功率分配的能效优化方法。首先，由于微基站具有低功率消耗的特点，本发明提出一种基于能效的用户接入策略，使用户从宏基站卸载以增加系统的能效。其次，在最小速率和最大发射功率的约束条件下，以系统能效最优为目标，由于在多用户多载波场景下，无法直接求得目标问题的最优解，因此，提出一种联合子载波调度和用户发射功率分配的次最优解决方案，该方案的特点是用户可以根据自身信道信息自适应调整所占用的子载波上的发射功率，最终实现优化系统能效的目标。

主权项

1.一种适用于异构无线蜂窝网络的用户接入和功率分配方法，其特征在于，联合考虑基于能效的用户接入方案和功率分配，以达到优化能效的目标，所述方法包括以下步骤：步骤一：通过计算和比较用户接入到系统中不同基站的能效信息，选择能效更好的基站接入，解决用户接入问题；步骤二：多载波多用户场景中，采用载波调度方案，对载波资源进行分配；本发明中考虑的准则是计算所有用户在某个子载波上的信道增益，并将该子载波分配给信道增益最大的用户；同时，考虑信道噪声比速率分配法，计算每个子载波上的速率，进而求解满足最小速率要求的最佳功率；步骤三：利用最优功率分配的库恩塔克条件，求解满足能效最优的最佳功率；通过与步骤二求得的结果对比，得到子载波上满足最小速率约束和最大功率约束条件的最优功率；步骤四：计算系统能效；步骤二中的建立多载波多用户场景优化目标的过程为：考虑异构网络中有N个用户和K个子载波的场景；在上行链路中，多用户向基站发送数据，因此在激活的用户和基站之间的通信链路中引入了电路功率消耗PC；此时，能效最大化问题表示为：其中，X表示由组成的一个N×K矩阵；若子载波k分配给用户n，那么否则P表示由组成的一个N×K矩阵；表示用户n分配在子载波k上的功率；表示用户n分配在子载波k上的速率；U表示系统中激活的用户数；接下来，将能效优化问题转化为子载波调度问题，进而求解子载波上的最优功率优化问题；将能效优化问题转化为子载波调度问题，进而求解子载波上的最优功率优化问题，主要方案为：1)初始化：定义系统中可以调用的用户数为N；系统中的子载波数为K；系统中激活的用户数为U，初始时设置U为0，每次调度过程中都要更新U；未被调用的子载波集合为A；用户n∈N占用的子载波集合为Cn；2)根据给定的子载波k∈A，计算每个用户的在该子载波上的信道噪声比：表示用户n在子载波k上的信道增益；PL_n表示用户n的大尺度路径损耗；N₀表示噪声功率谱密度；W表示子载波带宽；3)将子载波k分配给使得值最大的用户，即：4)用户n的子载波集合Cn变为：Cn＝Cn∪{k}；可用子载波集合A变为：A＝A‑{k}；用户n使用的子载波数目为count(n)＝size(Cn)；更新激活的用户集合U，即计算向量count中不为0的元素的个数，不断重复以上调度过程，直到所有的子载波调度完成，即为止；5)如果count(n)＝1，那么直接计算满足最小速率约束的功率：如果count(n)＞1，那么利用相关速率分配法计算分配到子载波上的速率然后再计算满足最小速率约束的功率。