一种多蜂窝下的D2D通信的能耗优化方法.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CN106102146A(43)申请公布日2016.11.09(21)申请号201610400003.3(22)申请日2016.06.08(71)申请人厦门大学地址361006福建省厦门市思明区思明南路422号(72)发明人林世俊刘文涛石江宏(74)专利代理机构厦门市新华专利商标代理有限公司35203代理人朱凌(51)Int.Cl.H04W52/02(2009.01)H04W72/04(2009.01)权利要求书5页说明书11页附图1页(54)发明名称一种多蜂窝下的D2D通信的能耗优化方法(57)摘要本发明公开了一种多蜂窝下的D2D通信的能耗优化方法，将优化问题分解为两个子问题，即蜂窝内的能耗优化和蜂窝间的干扰控制，先根据当前蜂窝间的干扰对单个目标蜂窝进行优化，再根据优化后目标蜂窝对其他蜂窝的干扰依次优化剩余的单蜂窝，通过多次迭代，降低蜂窝间干扰，并降低能量损耗。CN106102146ACN106102146A权利要求书1/5页1.一种多蜂窝下的D2D通信的能耗优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、在本发明涉及的多蜂窝系统中，一个多蜂窝系统含有M个蜂窝基站，任意一个蜂窝基站C(n),1≤n≤M都有两种终端设备，与蜂窝基站通信的终端称为蜂窝终端CUE，通过D2D技术直接与其他终端通信的终端，称为D2D终端；每个蜂窝基站中有个蜂窝传输链路和个D2D传输链路CUE和D2D终端随机存在于该多蜂窝系统中的任意位置，每条D2D传输链路共享并且只共享一条蜂窝链路的上行频谱资源，CUE都是通过TDMA的方式向基站发送数据；步骤2、用二分图描述各个蜂窝基站中的资源分配，即对个蜂窝链路和个D2D传输链路做最优匹配，进一步，构建拓展的二分图，在D2D传输链路集合中添加个虚拟的D2D传输链路，该虚拟的D2D传输链路的速率需求和发送方发送功率均为0，即具有条蜂窝链路和条D2D传输链路，该条D2D传输链路包括条真实的D2D传输链路和条虚拟的D2D传输链路；对于蜂窝C(m)，设蜂窝上行链路i(m)∈C(m)的速率需求为D2D传输链路j(m)∈C(m)速率需求为假定为蜂窝C(m)中第i条蜂窝上行链路和第j条D2D传输链路配对时第i条蜂窝上行链路和第j条D2D传输链路的总能耗，那么当第j条D2D传输链路是真实的D2D传输链路时，其中表示蜂窝C(m)中第i条蜂窝上行链路的发送功率：表示蜂窝C(m)中第j条D2D传输链路数据发送方的发送功率：其中，为蜂窝C(m)中第i条蜂窝上行链路和第j条D2D传输链路配对的时间，θ是功率2放大器的能量转换效率，pα是电路功率，pβ是空闲功率，w是信道带宽，σ为系统高斯白噪声的平均功率，是蜂窝C(m)中第i个蜂窝用户到基站的信道增益，是蜂窝C(m)中第j个D2D传输链路数据发送方到数据接收方的信道增益，表示蜂窝C(m)第j条D2D传输链路数据发送方到基站的信道增益，表示蜂窝C(m)中第i条蜂窝用户到第j条D2D传输链2CN106102146A权利要求书2/5页路数据接收方的信道增益，当第j条D2D传输链路不是真实的D2D传输链路时，上面η1(m)表示蜂窝{C(n),1≤n≤M且n≠m}对蜂窝C(m)中基站的最大干扰噪声功率：η2(m)表示蜂窝{C(n),1≤n≤M且n≠m}对蜂窝C(m)中第j条D2D传输链路数据接收方的最大干扰功率：其中表示蜂窝C(n)中的第i'个蜂窝用户到蜂窝C(m)中的基站的信道增益，表示蜂窝C(n)中的第i'个蜂窝用户到蜂窝C(m)中第j个D2D传输链路数据接收方的信道增益，表示蜂窝C(n)中第j'个D2D传输链路数据发送方到蜂窝C(m)中基站的信道增益，表示蜂窝C(n)中第j'个D2D传输链路数据发送方到蜂窝C(m)中第j个D2D数据传输链路数据接收方的信道增益，为蜂窝C(n)中的第i'个蜂窝用户当前的发送功率，为蜂窝C(n)中第j'个D2D传输链路数据发送方当前的发送功率；蜂窝C(m)中每条配对链路的最优时间为通过搜索得到的使值最小的步骤3、对于蜂窝C(m)，采用矩阵D(m)来表示拓展的二分图，其元素D(m)ij表示蜂窝C(m)中第i条蜂窝上行链路和第j条D2D传输链路共享资源时的最优能耗，即：3CN106102146A权利要求书3/5页定义时间矩阵T(m)，其元素表示蜂窝C(m)各条链路的最优时间；用的0-1矩阵Z(m)表示蜂窝C(m)的最优分配，其元素Z(m)ij＝1表示第i条蜂窝上行链路和第j条D2D传输链路配对，反之，Z(m)ij＝0表示第i条蜂窝上行链路和第j条D2D传输链路不配对，那么对于蜂窝基站C(m)的总能耗EC(m)可以表示为：对于整个多蜂窝系统而言，总能耗Etotal可以表示为：这里的最优分配矩阵Z(m)可