[发明专利]一种基于线性搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法

摘要

一种基于线性搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法，包括以下步骤：(1)在基站的覆盖范围下总共有I个移动用户，提出了一种满足移动用户的服务质量同时，在移动用户的下载量给定的情况下最小化基站的下行传输时间和基站总能量消耗；其中，优化问题描述为一个非凸性优化问题；(2)将DDRCM问题等价转换为DDRCM‑E问题，将DDRCM‑E问题等价转换为P1问题；(3)为了判断在给定θ值条件下P1问题是否可行，提出P2问题；基于线性搜索方法，在移动用户的下载量给定的情况下优化下行资源消耗。本发明最小化下行传输时间和基站总能量消耗。

主权项

1.一种基于线性搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)在基站的覆盖范围下总共有I个移动用户，移动用户用集合表示，基站使用非正交接入技术同时向移动用户发送数据，其中移动用户i需要接收的数据量用表示；在保证基站发送完成所有移动用户数据量的条件下，最小化下行传输时延和基站总能耗的优化问题描述为如下所示的优化问题DDRCM问题，DDRCM指的是下行资源消耗最小化：0≤t≤Tmax           (1‑3)Variables:t下面将问题中的各个变量做一个说明，如下：α:下行传输时间的权重因子；β:下行传输总能量消耗的权重因子；t:基站发送数据到移动用户的下行传输时间，单位是秒；是关于t的函数，表示基站为了在给定下行传输时间t内完成发送全部移动用户数据量所需要的最小总发射功率，单位是瓦特；W:基站到移动用户的信道带宽，单位是赫兹；n0:信道背景噪声的频谱功率密度；gBi:基站到移动用户i的信道功率增益；基站需要发送到移动用户i的数据量，单位是兆比特；基站最大下载能量消耗，单位是焦耳；Tmax:基站发送数据到移动用户的最大下行传输时间，单位是秒；(2)DDRCM问题表示如下：s.t.constraint(1‑1)constraint(1‑2)Variable:0≤t≤TmaxDDRCM问题是在给定移动用户下载量的情况下找到最小的下行传输时间与基站总能量消耗，定义一个变量x，如下：DDRCM问题等价为DDRCM‑E问题，“E”表示的是等价地，如下：Variable:x≥1/Tmax定义基站的函数H(x)的表达式如下：为了有效解决DDRCM‑E问题，引入一个新变量θ，通过使用变量θ，DDRCM‑E问题转化为P1问题如下：P1:minθVariable:θ求解P1问题的思路是：设定θ的上限是一个足够大的数，设定计算步长是一个很小的数，通过对θ进行线性搜索来找到最小的θ值，该θ值要同时确保P1问题可行，P1问题可行是指：在给定θ值条件下，P1问题中约束条件(2‑4)，(2‑5)和(2‑6)所产生有关于变量x的可行解集合为一个非空集合；否则，P1问题为不可行，即在给定θ值条件下约束条件(2‑4)，(2‑5)和(2‑6)所产生有关于变量x的可行解集合是一个空集；为了判断在给定θ值条件下P1问题是否可行，考虑如下P2问题：Variable:x如果P2问题的最优值输出Vθ≤0，则表示P1问题是可行的；否则，P1问题将是不可行的；接着，定义函数G(x)如下：因此，得到函数G(x)的一阶导数如下：从表达式(2‑10)中观察得出是关于变量x的单调递增函数，所以通过求解的零点来求解G(x)的最小值；首先，根据的单调递增性，利用对分搜索求解的零点记为x^zero，使得满足接着，根据条件(2‑3)和(2‑7)，得到关于变量x的表达式如下：对(2‑11)关于x求一阶导数，得到：在这里，引入一个变量接着，分析整理表达式(2‑11)和(2‑12)在不同的条件下，有以下三种情况：i)如果且那么不存在满足条件的可行解；ii)如果且那么存在解满足Q_i(x^largest)＝0；iii)如果由于是单调递减的且那么存在满足进一步由于Q(0)＝0，Q(x)在区间先增后减，所以Q(x^Δ)≥0，存在解x^largest∈[x^Δ,∞)满足Q(x^largest)＝0；(3)求解P1问题的算法DDRCM‑Algorithm，该算法的思路是；在P1问题中，设定θ的上限是一个足够大的数，设定计算步长是一个很小的数，对θ进行线性搜索来找到最小的θ值，该θ值要同时确保P1问题可行，通过求解P2问题，判断在给定θ值条件下P1问题是否可行：其中，如果P2问题的最优值输出Vθ≤0，则表示P1问题是可行的，那通过线性搜索方式减小当前θ值；否则，P1问题将是不可行的，那就跳出线性搜索；通过线性搜索不断更新当前θ值，直到Vθ足够接近于0，跳出线性搜索，算法最后输出的最优θ值，即确保P1问题可行的最小的θ值，它代表了DDRCM问题的下行资源消耗的最小值。