一种基于全双工双向中继D2D网络的能量效率优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106255133A(43)申请公布日2016.12.21(21)申请号201610637499.6(22)申请日2016.08.05(71)申请人桂林电子科技大学地址541010广西壮族自治区桂林市七星区金鸡路1号(72)发明人陈宏滨常怡亮赵峰(74)专利代理机构桂林市华杰专利商标事务所有限责任公司45112代理人唐修豪(51)Int.Cl.H04W24/02(2009.01)H04W28/02(2009.01)H04W52/24(2009.01)H04W52/32(2009.01)权利要求书2页说明书10页附图1页(54)发明名称一种基于全双工双向中继D2D网络的能量效率优化方法(57)摘要本发明公开了一种基于全双工双向中继的D2D网络的能量效率优化方法，所述方法包括：一个蜂窝用户、一对复用蜂窝用户频带的全双工D2D用户以及一个辅助D2D通信的全双工双向中继用户；利用两层的交替迭代优化算法，可以动态调整蜂窝用户、全双工D2D用户的传输功率和全双工双向中继的放大增益，有效缓解用户间干扰以及全双工用户的自干扰对网络性能造成的影响，从而在最小频谱效率的约束下最大化系统的能量效率。本发明在蜂窝用户通信的同时，全双工中继辅助的D2D用户可以共享蜂窝用户的频带直接通信，利用蜂窝网基础架构实现了同时同频的D2D通信和蜂窝通信，降低了蜂窝通信的功耗，从而有效提高了蜂窝网的能量效率，适用于高密度和低功耗要求的通信环境。CN106255133ACN106255133A权利要求书1/2页1.一种基于全双工双向中继D2D网络的能量效率优化方法，其特征在于，包括如下步骤：1)建立全双工双向中继辅助的D2D网络的能量效率最优化问题；2)在蜂窝链路中，求出能够使链路能量效率最大化的蜂窝用户CUE(cellularuserequipment，蜂窝用户)的最优传输功率；3)在全双工双向中继辅助的D2D链路中，求出能够使链路能量效率最大化的全双工D2D用户SUE(sourceuserequipment，源用户)和DUE(destinationuserequipment，目标用户)的最优传输功率；4)在全双工双向中继辅助的D2D链路中，求出能够使链路能量效率最大化的全双工双向中继用户RUE(relayuserequipment，中继用户)的最优放大增益；5)交替迭代步骤3)与步骤4)中所得到的最优解，联合求得全双工D2D用户的最优传输功率和全双工双向中继用户的最优放大增益；6)再次交替迭代步骤2)与步骤5)的最优解，从而联合求得蜂窝用户、全双工D2D用户的最优传输功率值以及全双工双向中继用户的最优放大增益。通过上述步骤，结合频谱效率最低要求、最大允许传输功率以及最大允许放大增益，利用两层交替迭代的功率分配模型调节用户的传输功率和放大增益，从而在保证最低频谱效率限制条件下最大化系统能量效率。2.基于全双工双向中继D2D网络的能量效率优化方法，其特征在于，步骤1)中，在蜂窝网中，全双工双向中继辅助的D2D链路复用蜂窝链路的频带进行通信，建立全双工双向中继辅助的D2D网络的一般能量效率最优化问题为：由于该优化问题是非凸的，不能用一般的凸优化方法来解决，因此我们把联合优化问题分解成蜂窝链路和全双工双向中继辅助的D2D链路两个能量效率子优化问题。3.基于全双工双向中继D2D网络的能量效率优化方法，其特征在于，步骤2)中，在蜂窝链路中，固定全双工D2D用户SUE和DUE的传输功率以及全双工双向中继用户RUE的放大增益，优化蜂窝用户CUE的传输功率，建立子优化问题1：0≤Pu≤Pu,max此子优化问题1是一般的单变量凸优化问题，利用数值方法(例如：二分法)即可解此子优化问题，从而求得能够使蜂窝链路能量效率最大化的蜂窝用户CUE的最优传输功率。2CN106255133A权利要求书2/2页4.基于全双工双向中继D2D网络的能量效率优化方法，其特征在于，步骤3)中，在全双工双向中继辅助的D2D链路中，固定蜂窝用户CUE的传输功率，优化全双工D2D用户SUE和DUE的传输功率以及全双工双向中继用户RUE的放大增益，建立子优化问题2：0≤Ps≤Ps,max(3)0≤Pd≤Pd,max子优化问题2依然是一个非凸优化问题，因此我们把子优化问题2再分解成D2D用户和全双工双向中继用户两个能量效率子优化问题来求解，首先固定全双工双向中继用户RUE的放大增益，然后优化全双工D2D用户SUE和DUE的传输功率，子优化问题2-1建立为：0≤Ps≤Ps，max0≤Pd≤Pd,max此两变量子优化问题2-1也是一个非凸优化问题，首先使用分式规划技术把此非凸优化问题转化为凸优化问题，然后再利用拉格朗日乘子法求得能够使全双工双向