[发明专利]无线网络能效谱效联合优化的功率分配方法

摘要

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。

主权项

1.一种无线网络能效谱效联合优化的功率分配方法，所述方法进行能效和谱效的折衷，以实现能效和谱效的联合优化，具体为：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：其中，pn表示第n个用户分配的功率，Pmax表示运营商允许的最大发射功率，该方法主要步骤包括：1)步骤一：寻找用户速率下界，对用户速率进行近似用速率下界近似用户速率，通过对数近似，可得到小区i中第n个用户的速率下界：其中，当时，用户速率与式[3]中获得的下界近似相等；用迭代的方法不断调整用户功率分配，其中为小区i中第n个用户的信干噪比SINR，为小区i中第n个用户上次迭代得到最优功率分配后用户的信干噪比，初次迭代求解时为小区i中第n个用户根据初始功率分配后用户的信干噪比；当用户功率分配迭代至收敛时，最后一次迭代与上次迭代获得的用户信干噪比近似相等，用户速率也与式[3]中的下界近似相等；2)步骤二：用梯度法更新基站发射功率为小区i中第n个用户的功率，为小区i中第n个用户收到来自小区m的信道冲激响应，通过变换小区i中第n个用户的速率可表示为：其中，由式[5]可知，用户速率是功率指数和的对数值，因此是先增后减的拟凹函数；当基站总发射功率一定时，调整功率分配下获得的最大系统速率为R^*(P_T)；对R^*(P_T)求导：R*(PT)对发射功率是先增后减的函数；用PT(k)表示第k次迭代中获得的发射功率，t表示更新步长，具体取值由运营商根据网络情况决定；因此基站最佳发射功率可以通过梯度法获得：3)步骤三：用拉格朗日对偶法分配用户功率通过步骤二获得基站总发射功率后，各用户功率可通过拉格朗日对偶法求解，此时的拉格朗日方程可写成：其中，μ＝(μ1,μ2,μ3,...,μN)为拉格朗日乘子，M为系统中小区的个数，N为每个小区中用户的数量，简化标记用PT代替PT(k)表示第k次迭代基站总发射功率，ε为足够小的阈值，取值由运营商根据网络运行情况自行决定；根据拉格朗日对偶方法，式[9]所示的拉格朗日方程可以分解为拉格朗日对偶问题和拉格朗日对偶函数：通过变换式[6]通过求导获得第k次迭代最佳用户功率分配：其中，为小区m中第n个用户收到的干扰信号强度；4)步骤四：迭代判断步骤三求出第k次迭代最优功率分配后，判断功率分配是否收敛；当功率分配没有收敛，返回步骤一进行下一次迭代；当功率分配收敛时迭代结束，此时的功率分配即为最优的用户功率分配。