一种基于博弈论的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CN105979477A(43)申请公布日2016.09.28(21)申请号201610399996.7(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.H04W4/00(2009.01)H04W52/02(2009.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称一种基于博弈论的D2D通信的能耗优化方法(57)摘要本发明一种基于博弈论的D2D通信能量的优化方法，采用博弈论的思想，将D2D传输链路理解成为博弈游戏的参与者，每条D2D传输链路只知道自己和哪条蜂窝上行链路的配对信息，而不知道其他D2D传输链路和哪条蜂窝上行链路的配对信息，在已知各个蜂窝链路的资源配置情况下,D2D传输链路对选择复用的蜂窝链路上行频谱资源进行博弈，依次更换复用的蜂窝链路上行频谱资源；试图建立一个联盟去共享蜂窝用户的上行频谱资源，目的在于使系统能耗最优化，计算时间比最优分配时间大大减少，相比基于距离的匹配方法，可以大幅度减少能量损耗，可以取代传统的基于距离的匹配方案和最优匹配方案。CN105979477ACN105979477A权利要求书1/2页1.一种基于博弈论的D2D通信能量的优化方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1、假定一个蜂窝小区存在n个蜂窝上行链路和m个D2D传输链路，允许多条D2D传输链路复用同一蜂窝链路的上行频谱资源，D2D传输链路选择的策略就是和不同的蜂窝上行链路配对，对于某条蜂窝链路i，有k个D2D传输链路共享这个蜂窝链路i的上行频谱资源，若k≠0，用{i1,i2,...,ik}表示k个D2D传输链路的序号，这些D2D传输链路和蜂窝链路i同时发送数据并同时结束，持续时间为ti，有其中，w是系统带宽，σ2表示系统高斯白噪声的平均功率，表示第i个蜂窝用户的速率需求，表示第ij条D2D传输链路中数据发送方的速率需求，1≤j≤k，表示第i个蜂窝用户到基站的信道增益，表示第ij条D2D传输链路中数据发送方到数据接收方的信道增益，表示第i个蜂窝用户到第ij条D2D传输链路数据接收方的信道增益，表示第ij条D2D传输链路中数据发送方到基站的信道增益，表示第ic条D2D传输链路数据发送方到第ij条D2D传输链路数据接收方的信道增益，表示第ij条D2D链路数据发送方的发送功率，表示第i条蜂窝上行传输链路的发送功率；根据实际中具体的k值，对上述方程组进行带参数求解，可以得到的表达式，1≤j≤k；设Ei(ti)表示当第i条蜂窝上行传输链路和k条D2D传输链路配对时，第i条蜂窝上行传输链路和k条D2D传输链路的总能耗，当k≠0时，Ei(ti)等于：其中，pα是电路功率，pβ是空闲功率，θ是功率放大器的能量转换效率，蜂窝上行链路数为n，D2D传输链路数为m，k为共享蜂窝链路i上行频谱资源的D2D传输链路数；当k＝0时，表示蜂窝链路i没有和任何D2D传输链路配对，此时，Ei(ti)等于其中每条链路的最优时间为通过搜索得到使Ei(ti)值最小时的时间ti，那么第i条蜂窝上行传输链路和k条D2D传输链路配对时，第i条蜂窝上行传输链路和k条D2D传输链路的最优总能耗为系统总能耗Etotal：2CN105979477A权利要求书2/2页定义1×n时间行向量T，其元素步骤2、当每条传输链路的时间都是最优的，但不能保证归一化的时间和不大于1，当出现总时间大于1的情况时，必须找到那些减少相同时间能耗增加最少的传输链路，通过减少这些传输链路的数据传输时间来减少系统总时间，把资源分配看成是一个博弈游戏，其中m个D2D传输链路为博弈游戏的参与者，试图建立一个集合联盟L＝{L1,...,Lr,...,Ln}去共享蜂窝链路的上行频谱资源，Lr表示和第r个蜂窝用户共享频谱资源的D2D传输链路的集合，D2D传输链路选择的策略就是和不同的蜂窝上行链路配对，优化目标就是使系统的总能耗Etotal最小化。2.根据权利要求1所述的一种基于博弈论的D2D通信能量的优化方法，其特征在于步骤2中提出一种联合博弈算法，使系统的总能耗Etotal最小化，具体算法如下：2(1)输入系统各通信链路参数：系统带宽w，系统高斯白噪声的平均功率σ，电路功率pα，空闲功率pβ，功率放大器的能量转换效率θ,蜂窝上行链路数n，D2D传输链路数m，博弈总次数N，每个蜂窝用户的速率需求，每个D2D传输链路的速率要求，每个蜂窝用户到基站的信道增益，每个D2D传输链路中数据发送方到数据接收方的信道增益，每个蜂窝用户到每个D2D传输链路数据接收方的信道增益，每个D2D传输链路中