[发明专利]基于进退法和黄金分割法的高能效资源优化方法

摘要

本发明公开了一种基于进退法和黄金分割法的高能效资源优化方法，包括在保证D2D用户自身在所占用频谱资源上能效最优前提下，建立了D2D通信系统能效的数学模型；通过分析发现该数学模型可分解为两层独立的优化问题：第一层为功率控制，第二层为资源分配；在第一层优化问题中首先考虑了每组D2D用户分别在各自的可行资源上对自身能效进行优化，并证明了相应的能效函数具有递减或者先递增后递减的性质，它就一定存在最优解，采用进退法和黄金分割法求得了最优解；第二层优化问题中提出了一种启发式资源分配算法。本发明能够提高移动通信D2D系统能效，满足绿色通信和延长移动终端电池使用时间的要求。

主权项

基于进退法和黄金分割法的高能效资源优化方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）建立能效的目标函数，如式（1） max U EE = Σ i = 1 N d Σ j = 1 M x i , j · R ( p i , j ) Σ j = 1 M x i , j · p i , j + P C - - - ( 1 ) 该目标函数包括如下约束条件：①每组D2D对的最低传输速率要求，即最低传输速率不能小于γi，不同组的D2D对的最低传输速率可以不同： R ( p i , j ) ≥ γ i , ∀ i , ∀ j ②与一组D2D对共享相同资源块的蜂窝用户对该组D2D对中的两个D2D用户的干扰功率必须小于一定值τ： p I , k , i · h k , i ≤ τ , ∀ x i , j = 1 ③xi,j取1表示第i组D2D对选择第j个资源块进行复用，xi,j取0表示第i组D2D对不选择第j个资源块进行复用： x i , j ∈ { 0,1 } , ∀ i , ∀ j ④每组D2D对能且只能复用一个蜂窝用户的资源块： Σ j = 1 M x i , j = 1 , ∀ i ⑤每个蜂窝用户的资源块最多只能被一组D2D对复用： Σ i = 1 N d x i , j ≤ 1 , ∀ j ⑥D2D用户的最大传输功率限定 0 ≤ p i , j ≤ p max , ∀ i , ∀ j 每组D2D对中包含两个D2D用户，其中一个为接收用户，另一个为发送用户；其中：Nd表示D2D对的组数，M表示可分配资源块的个数，i表示第i组D2D对， j表示第j个资源块，k表示与第i组D2D对复用相同资源块的蜂窝用户的序号；UEE表示所有D2D对的能效之和； R ( p i , j ) = w · log 2 ( 1 + p i , j · h D , i p I , k , i · h k , i + σ 2 ) , 表示第i组D2D对复用第j个资源块时的速率；pi,j表示第i组D2D对在第j个资源块上的传输功率，PC表示移动终端上电路所消耗的功率，w表示资源块的带宽，hD,i表示同一组D2D对中发射用户和接收用户之间的信道增益，pI,k,i表示与一组D2D对共享资源块的蜂窝用户的发射功率，hk,i表示共享同一资源块的蜂窝用户与D2D对中的接收用户间的信道增益，σ2表示高斯白噪声的方差；（2）若xi,j取定值，就去除了原优化问题中D2D对之间的耦合，即将目标函数分成两层独立的优化问题，其中第一层优化问题为功率控制问题，第二层优化问题为资源分配问题；（3）第一层优化问题中，每组D2D对在固定资源上的能效函数U(pi,j)表示为： U ( p i , j ) = R ( p i , j ) p i , j + P C = w · log 2 ( 1 + p i , j · h i , i p C , k , i · h k , i + σ 2 ) p i , j + P C , ∀ i , ∀ j - - - ( 2 ) 该能效函数具有递减或先递增后递减的性质，每组D2D对各自采用进退法和黄金分割法求得各自的最优解；（4）第二层优化问题中，采用启发式资源分配算法进行资源分配，确定每组D2D对所复用的资源。