[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

说明书

本发明涉及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。

技术领域

本发明属于移动无线通信领域，更具体的涉及一种采用迫零波束赋形的无线缓存资源优化方法。

技术背景

近年来随着互联网、物联网以及移动互联网和云计算等网络技术的飞速发展，个性化、宽带化和数据海量化已经成为互联网发展的主要关注点。千倍流量增长和海量连接设备急迫需要建立大容量、全覆盖和智能化的无线移动通信网络。为了实现上述目标，需增加信号传输的频谱带宽。然而，当今社会频率资源是极度缺乏，弥足珍贵。因此，高频频段移动通信成为下一代移动通信的关键技术，另一方面，由于天线技术及较高的方向增益为大规模MIMO技术实现提供了有利的条件，但是随着频率增加路径损耗也会随之增加，因此需要采用波束赋形方法增加接收信号的功率。通过无线缓存技术即在基站侧安装缓存设备可有效减小文件到用户的物理距离，从而减小了文件传输时延并降低了文件传输中断概率，提高网络传输性能。对于基站服务的多用户而言，采用波束赋形方式可以同时满足用户需求，但是用户间存在干扰，需要通过迫零波束赋形方式消除用户间干扰。因此，将无线缓存技术和迫零波束赋形结合是未来无线通信发展的趋势。

发明内容

本发明旨在提出一种采用迫零波束赋形的无线缓存优化方法。本发明为实现上述目标，采用的技术方案如下：

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，次文件的流行度服从Zipf分布，即γ时Zipf参数；

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，次用户请问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可以表示为：

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为：