[发明专利]面向能量节约的基站功率控制和用户关联的联合优化方法

摘要

本发明公开了一种面向能量节约的基站功率控制和用户关联的联合优化方法，包括以下步骤：1)考虑异构蜂窝网络中下行传输场景的基站功率控制和用户关联，获取用户在位置x接入基站i的信干噪比γ_i(x,η)，再根据香农公式获取在负载为η的条件下用户在位置x接入基站i的传输速率c_i(x,η)；2)根据步骤1)得到信干噪比γ_i(x,η)以及传输速率c_i(x,η)得关于负载η的函数；3)根据步骤2)得到的优化目标的优化问题；4)将步骤3)得到的优化问题分解为用户关联问题及功率控制问题，求解所述用户关联问题及所述功率控制问题，得最优发射功率p^t*，基站根据所述最优发射功率p^t*向用户进行信息的发送。本发明使能量消耗、用户总延时和网络覆盖的用户比重达到折中。

主权项

1.一种面向能量节约的基站功率控制和用户关联的联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)考虑异构蜂窝网络中下行传输场景的基站功率控制和用户关联，设区域被基站的集合覆盖，获取用户在位置x接入基站i的信干噪比γ_i(x,η)，η为N个基站的负载，再根据香农公式获取在负载为η的条件下用户在位置x接入基站i的传输速率c_i(x,η)；2)根据步骤1)得到的用户在位置x接入基站i的信干噪比γi(x,η)以及用户在位置x接入基站i的传输速率ci(x,η)得关于负载η的函数；3)根据步骤2)得到的关于负载η的函数建立以基站的能量消耗、用户的总时延和网络覆盖的用户比重为优化目标的优化问题；4)将步骤3)得到的以基站的能量消耗、用户的总时延和网络覆盖的用户比重为优化目标的优化问题分解为用户关联问题及功率控制问题，求解所述用户关联问题，得在各基站发射功率为pt时，用户关联问题取最小值的负载η*，然后根据用户关联问题取最小值的负载η*通过单形法求解所述功率控制问题，得最优发射功率pt*，基站根据所述最优发射功率pt*向用户进行信息的发送；设用户接入网络的过程服从参数为λ的泊松过程，每个业务的平均大小为μbit，用户的分布密度为δ(x)，则单位时间单位面积上需求的数据量σ(x)＝λμδ(x)，得用户在位置x接入基站i的信干噪比γi(x,η)为其中，η为N个基站的负载，η＝[η₁,η₂,…,η_N]^T，η_i∈[0,1]，为基站i的发射功率，g_i(x)为位置x到基站i的路径损耗，θ为噪声功率；在负载为η的条件下，用户在位置x接入基站i的传输速率ci(x,η)的表达式为：ci(x,η)＝Alog2(1+γi(x,η))  (2)其中，A为带宽；设负载密度κi(x,η)为流量强度与传输速率的比值，其中，设用户在位置x接入基站i的概率为q_i(x)，其中，q_i(x)∈[0,1]，设集合设函数fi(η)的表达式为：其中，ε为任意小的正数，为对负载密度的积分，为基站i的负载，设向量值函数f＝[f₁,f₂,…,f_N]^T，则负载η为向量值函数f在[0,1)^N内的固定点，且负载η满足η＝f(η)  (5)当基站的发射功率时，由式(5)得η＝f(η,pt,q(x))  (6)；步骤3)中建立的以基站的能量消耗、用户的总时延和网络覆盖的用户比重为优化目标的优化问题为：其中，E(pt,η)为能量消耗，Q(η)为总时延，C(pt)为网络覆盖的用户比重，β1和β2分别为总时延目标和网络覆盖的用户比重相对于能量消耗目标的权重；能量消耗E(pt,η)的表达式为：其中根据排队理论得总时延Q(η)的表达式为：当各基站的发射功率为pt时，则网络覆盖的用户比重C(pt)的表达式为：其中为至少存在一个基站的接收信号强度大于门限值p_min的区域的集合；由式(7)得将使(7)分解为用户关联问题及功率控制问题，其中，用户关联问题为：其中所述功率控制问题为：其中当各基站的发射功率pt≠0，当用户按式(18)接入各基站时，则能够保证用户关联问题取得最小值，其中其中，η^*为在各基站发射功率为p^t时，使用户关联问题取最小值的负载，采用迭代算法求解式(18)，得用户关联问题取最小值的负载η^*，为开启的基站的集合；将用户关联问题取最小值的负载η*代入功率控制问题中，再通过单形法求解最优发射功率pt*。