[发明专利]一种采用迫零波束赋形的无线缓存资源优化方法

权利要求书

1.一种采用迫零波束赋形的无线缓存资源优化方法，利用无线缓存技术在具有有限缓存容量的次基站中按比例缓存主、次用户最流行文件，采用能够消除主、次用户干扰的迫零波束赋形传输方式，通过选定指标，构建优化问题的数学模型，进而得到最优缓存分配比例，具体包括以下步骤：

第一步：确立系统模型：考虑具有认知用户，认知网络构成的通信系统中，包括1个主基站、1个次基站以及对应一个的主、次用户；

第二步：根据系统模型，选定文件缓存策略模型：次基站具有有限容量的缓存资源，缓存空间为C，主、次用户按照Zipf分布独立地从文件库中请求对应文件；

第三步：采用迫零波束赋形传输方式即主、次用户请求文件可同时利用授权带宽传输文件，如果主、次用户可以从次基站缓存中获取所需文件，则主、次用户不会通过回传链路获得文件；如果主、次用户请求文件没有提前缓存于次基站，则用户需要从主基站及内容服务器下载各自文件；

第四步：确定以成功传输速率为指标，构建数学优化问题

(1)系统中主、次用户采用迫零波束赋形传输方式的SNR计算主、次用户链路速率主要取决于信躁比SNR，具有N根发射天线的次基站到主用户PU的距离为d_sp，SNR_p表示为：

其中σ²为噪声功率，g_p分别表示小尺度衰落信道增益，α表示路径损耗因子，由于次基站发射采用迫零波束赋形传输方式则主、次用户之间不存在干扰；P_s表示次基站的发送功率，β表示发送主用户文件占用次基站发送功率的比例；

(2)计算通过次基站缓存文件，主、次用户同时获取文件的成功传输概率成功传输概率定义为次基站占用时隙T同时传输文件速率总大于等于文件请求速率，因此成功传输概率可得到如下表示：

根据主、次用户文件在协作次基站中缓存状态不同，得到对应的不同文件传输时隙t，从而得到对应传输模式下的成功传输速率,主、次用户成功传输速率表示为：

R^p＝R_p·Pr(tlog₂(1+SNR_p)≥R_p) (2a)

R^s＝R_s·Pr(tlog₂(1+SNR_s)≥R_s) (2b)

其中，R_p,R_s分别表示主、次用户请求文件的数据传输速率；

设信道为瑞利衰落信道，则成功传输概率为：

其中，

(3)计算通过文件缓存方式，主、次文件同时请求文件缓存状态的概率文件缓存是遵循最流行文件缓存策略，根据次基站中有限缓存容量C，利用缓存容量Co提前存有主用户最受欢迎的文件，则剩余缓存空间(C-Co)提前缓存次用户最受欢迎文件，根据文件服从zipf分布，则主、次用户请求文件提前被缓存的概率分别近似为：

对于主用户和次用户在同一时刻各自所请求文件，根据是否提前缓存于次基站，并结合四种传输方式，得到对应的主、次用户同时成功传输的概率；

(4)计算主、次用户同时获取文件时的概率以及文件成功传输速率，构建优化问题；每个文件的缓存概率会影响文件成功传输速率，因此需要找到最优缓存方案以及功率分配方式，实现在确保主用户成功传输速率大于一定阈值R_th条件下，最大化次用户请求文件的成功传输速率，构建如下数学优化问题：

其中，p₁,p₂,p₃,p₄表示主、次系统存在4种不同缓存状态下同时传输文件的概率，表示次用户在4种不同缓存文件状态下的文件成功传输速率，同理，表示主用户在4种不同缓存文件状态下的文件成功传输速率，t_p，t_s分别表示获取主、次用户未缓存文件的时间；

第五步：通过二分算法求解数学优化问题，得到联合最优缓存空间以及功率分配。