CN104768213B - 一种d2d通信中带有服务质量保障的能效优化发射功率控制方法 - Google Patents

一种d2d通信中带有服务质量保障的能效优化发射功率控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104768213B
CN104768213B CN201410550498.9A CN201410550498A CN104768213B CN 104768213 B CN104768213 B CN 104768213B CN 201410550498 A CN201410550498 A CN 201410550498A CN 104768213 B CN104768213 B CN 104768213B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cellular network
user
transmission power
communication users
communications
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410550498.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104768213A (zh
Inventor
吴远
陈佳超
何艳飞
钱丽萍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qingdao Huashi Intelligent Technology Co ltd
Zhejiang Qibo Intellectual Property Operation Co ltd
Original Assignee
Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University of Technology ZJUT filed Critical Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority to CN201410550498.9A priority Critical patent/CN104768213B/zh
Publication of CN104768213A publication Critical patent/CN104768213A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104768213B publication Critical patent/CN104768213B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04—TPC
    • H04W52/18—TPC being performed according to specific parameters
    • H04W52/26—TPC being performed according to specific parameters using transmission rate or quality of service QoS [Quality of Service]
    • H04W52/265—TPC being performed according to specific parameters using transmission rate or quality of service QoS [Quality of Service] taking into account the quality of service QoS

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

一种D2D通信中带有服务质量保障的能效优化功率控制方法，包括以下步骤：(1)通过对D2D通信用户和蜂窝网用户发射功率的控制，达到在保障服务质量前提下的D2D通信用户能效优化的目标，以此为依据对该问题进行建模；(2)通过引入辅助变量的方法将涉及D2D通信用户和蜂窝网用户发射功率控制的优化问题P1等效转换为只涉及D2D通信用户发射功率的优化问题P2；(3)通过分析，将优化问题P2转换为优化问题P3，并利用带有分层思想的一维线性搜索算法对其进行求解。本发明提供一种能够有效降低基站负载、增加频谱利用率、缓解无线通信系统频谱资源匮乏问题的D2D通信领域中带有服务质量保障的能效优化功率控制方法。

Description

一种D2D通信中带有服务质量保障的能效优化发射功率控制 方法
技术领域
本发明涉及D2D通信领域中，尤其是一种D2D通信中带有服务质量保障的能效优化功率控制方法。
背景技术
随着人们对于网络中数据信息越来越大的需求量，在当手机用户之间距离足够近时就能够通过对蜂窝网用户的资源复用来实现D2D直接通信的模式有着越来越广阔的发展前景，尤其在提升能量效率以及下一代无线网络效率优化幅度方面更加值得期待。但是由于在D2D通信过程中，D2D通信用户对网络中的蜂窝网用户进行了资源复用，不可避免的会产生干扰，影响蜂窝网用户的通信质量。为了充分利用D2D通信的优势，必须能够控制由于资源复用所带来的蜂窝网用户与D2D通信用户之间干扰的问题。因此，本发明实现在最大化D2D通信用户能量效率的同时保证网络中包括D2D通信用户以及蜂窝网用户的所有用户的服务质量，是十分有意义的。
发明内容
为了弥补现有的关于D2D通信能效最优化控制方案并未考虑发射机电路基本功率消耗及其影响的不足。本发明提供一种考虑发射机基本电路功耗、最优化用户能量使用效率、提高资源利用率的D2D通信中的带有服务质量保障的能效优化发射功率控制方案。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种D2D通信中带有服务质量保障的能效优化发射功率控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
(1)在D2D通信中，要求实现最大化D2D通信用户的能量效率同时保证包括D2D通信用户和蜂窝网用户的服务质量，将该最优化问题描述如下：
在问题P1中，各参数定义如下：
p：蜂窝网用户的发射功率(待决定的控制变量)；
q：D2D通信用户的发射功率(待决定的控制变量)；
h：D2D通信中，发射机为电路基本运作的功率消耗，发射功率除外；
蜂窝网用户的吞吐量要求；
D2D通信用户的吞吐量要求；
蜂窝网用户的最大发射功率；
D2D通信用户的最大发射功率；
gdd：D2D通信中发射用户到D2D通信中接收用户之间的信道增益；
gcB：蜂窝网用户到蜂窝网基站之间的信道增益；
gdc：D2D通信中发射用户到蜂窝网基站之间的信道增益；
gcd：蜂窝网用户到D2D通信中接收用户之间的信道增益；
Rc(p,q)：蜂窝网用户的上行链路的吞吐量；
Rd(p,q)：D2D通信用户的吞吐量；
n0：背景噪声功率；
(2)利用公式将p用q代替，与此同时，引入q新的上下界变量与将问题P1等效地转化为一个对D2D通信用户发射功率的控制优化问题P2：
受限制于：F(z,q)≥0
在问题P2和问题P3中，各参数定义如下：
p：蜂窝网用户的发射功率(待决定的控制变量)；
q：D2D通信用户的发射功率(待决定的控制变量)；
h：D2D通信中发射机为电路基本运作的功率消耗，除发射功率外；
蜂窝网用户的吞吐量要求；
D2D通信用户的吞吐量要求；
蜂窝网用户的最大发射功率；
D2D通信用户的最大发射功率；
gdd：D2D通信中发射用户到D2D通信中接收用户之间的信道增益；
gcB：蜂窝网用户到蜂窝网基站之间的信道增益；
gdc：D2D通信中发射用户到蜂窝网基站之间的信道增益；
gcd：蜂窝网用户到D2D通信中接收用户之间的信道增益；
n0：背景噪声功率；
z：辅助待决定的控制变量；
(3)为求解问题P3，变形成如下子问题：
P3-A：q*(Z)＝arg max F(z,q)
然后利用q*(z)，解决如下子问题得到{z*,q*}:
P3-B：max z
受限制于：F(z,q*(z))≥0
z≥0
在子问题P3-A和子问题P3-B中，参数定义如下：
q*：D2D通信中用户发射功率的最优值；
{z*,q*}：问题P3的最优解，上标“*”表示参数在优化问题中的最优值；
通过求解子问题P3-A和P3-B，最终得到D2D通信中用户发射功率最优值q*以及最大化的D2D通信中用户的能量效率。
进一步，所述步骤(3)中，采用了分层的思想对问题P3进行优化求解，步骤为：
步骤3.1：对于步骤(3)中的唯一最优值q*(z)有：
③若那么问题P3的最优解{z*,q*}通过如下算法求解：
步骤具体如下：
步骤3.2.1：设置设置∈2为二分法计算误差的限度；
步骤3.2.4：如果-∈2<F(z,qt)<∈2，则算法运行停止，输出:D2D通信用户的最优发射功率q*＝qt，蜂窝网用户的最优发射功率D2D通信用户的最大能量效率z*＝z；否则执行步骤3.2.5；
步骤3.2.5:如果F(z,qt)>∈2，将z赋值给跳至步骤3.2.2；如果F(z,qt)<-∈2，将z赋值给跳至步骤3.2.2。
本发明的技术构思为：首先，通过引入辅助变量的方法将原本涉及蜂窝网用户和D2D通信用户功率控制实现最大化能量效率的问题等效转化为只涉及D2D通信用户的发射功率控制问题。然后，进行问题特征分析，提出了利用分层思想的一维线性搜索算法控制功率来最终实现带有服务质量保障的能效优化功率控制方案。
本发明的有益效果主要变现在：1、对系统总体而言，系统内的D2D通信能够有效地降低基站的负载，增加频谱利用率，缓解无线通信系统频谱资源匮乏的问题；2、对于D2D通信用户而言，通过对蜂窝网用户资源块的复用，提高了系统的资源利用率；在考虑发射机电路功耗情况下，通过对蜂窝网用户与D2D通信用户的发射功率的最优化，实现带有服务质量保证的最大化D2D通信用户能量效率。
附图说明
图1是含有D2D通信网络的蜂窝网络示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
参照图1，一种D2D通信中带有服务质量保障的能效优化功率控制方法，实行该方法能够在保障系统内用户服务质量的前提下，通过对系统内蜂窝网用户和D2D通信用户的发射功率的最优化控制，达到最大化D2D通信用户的能量效率的目标。系统内的D2D通信能够有效地降低基站的负载，增加频谱利用率，缓解无线通信系统频谱资源匮乏的问题。针对D2D通信中带有服务质量保障的能效优化功率控制方案，所述控制方案有以下步骤：
(1)在D2D通信中，本发明的目标是实现最大化D2D通信用户的能量效率同时保证包括D2D通信用户和蜂窝网用户的服务质量。为实现这一目标，本发明通过采用控制D2D通信用户和蜂窝网用户的发射功率的方法。将该最优化问题描述如下：
在问题P1中，各参数定义如下：
p：蜂窝网用户的发射功率(待决定的控制变量)；
q：D2D通信用户的发射功率(待决定的控制变量)；
h：D2D通信中发射机(除发射功率外)为其电路基本运作的功率消耗；
蜂窝网用户的吞吐量要求；
D2D通信用户的吞吐量要求；
蜂窝网用户的最大发射功率；
D2D通信用户的最大发射功率；
gdd：D2D通信中发射用户到D2D通信中接收用户之间的信道增益；
gcB：蜂窝网用户到蜂窝网基站之间的信道增益；
gdc：D2D通信中发射用户到蜂窝网基站之间的信道增益；
gcd：蜂窝网用户到D2D通信中接收用户之间的信道增益；
Rc(p,q)：蜂窝网用户的上行链路的吞吐量；
Rd(p,q)：D2D通信用户的吞吐量；
n0：背景噪声功率。
(2)利用公式将p用q代替，与此同时，引入q新的上下界变量与将问题P1等效地转化为一个对D2D通信用户发射功率的控制优化问题P2：
受限制于：F(z,q)≥0
在问题P2和问题P3中，各参数定义如下：
p：蜂窝网用户的发射功率(待决定的控制变量)；
q：D2D通信用户的发射功率(待决定的控制变量)；
h：D2D通信中发射机(除发射功率外)为其电路基本运作的功率消耗；
蜂窝网用户的吞吐量要求；
D2D通信用户的吞吐量要求；
蜂窝网用户的最大发射功率；
D2D通信用户的最大发射功率；
gdd：D2D通信中发射用户到D2D通信中接收用户之间的信道增益；
gcB：蜂窝网用户到蜂窝网基站之间的信道增益；
gdc：D2D通信中发射用户到蜂窝网基站之间的信道增益；
gcd：蜂窝网用户到D2D通信中接收用户之间的信道增益；
n0：背景噪声功率；
z：辅助待决定的控制变量。
(3)为求解问题P3，变形成如下子问题：
P3-A：q*(z)＝arg max F(z,q)
然后利用q*(z)，解决如下子问题得到{z*,q*}:
P3-B：max z
受限制于：F(z,q*(z))≥0
z≥0
在子问题P3-A和子问题P3-B中，参数定义如下：
q*：D2D通信中用户发射功率的最优值；
{z*,q*}：问题P3的最优解。
参数符号中出现的上标“*”表示参数在优化问题中的最优值。
通过求解子问题P3-A和P3-B，最终得到D2D通信中用户发射功率最优值q*以及最大化的D2D通信中用户的能量效率。
本发明采用了分层的思想对问题P3进行优化求解，主要步骤为：
步骤3.1：对于步骤(3)中的唯一最优值q*(z)有：
3)若那么问题P3的最优解{z*,q*}通过如下算法求解：
算法步骤具体如下：
步骤3.2.1：设置设置∈2为二分法计算误差的限度。
步骤3.2.4：如果-∈2<F(z,qt)<∈2，则算法运行停止，输出:D2D通信用户的最优发射功率q*＝qt，蜂窝网用户的最优发射功率D2D通信用户的最大能量效率z*＝z；否则执行步骤3.2.5；
步骤3.2.5:如果F(z,qt)>∈2，将z赋值给跳至步骤3.2.2；如果F(z,qt)<-∈2，将z赋值给跳至步骤3.2.2。

Claims (1)

1.一种D2D通信中带有服务质量保障的能效优化发射功率控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：
(1)在D2D通信中，定义最优化问题为：要求实现最大化D2D通信用户的能量效率同时保证包括D2D通信用户和蜂窝网用户的服务质量，将该最优化问题描述如下：
受限制于：
在问题P1中，各参数定义如下：
p：蜂窝网用户的发射功率；
q：D2D通信用户的发射功率；
h：D2D通信中，发射机为电路基本运作的功率消耗，发射功率除外；
蜂窝网用户的吞吐量要求；
D2D通信用户的吞吐量要求；
蜂窝网用户的最大发射功率；
D2D通信用户的最大发射功率；
gdd：D2D通信中发射用户到D2D通信中接收用户之间的信道增益；
gcB：蜂窝网用户到蜂窝网基站之间的信道增益；
gdc：D2D通信中发射用户到蜂窝网基站之间的信道增益；
gcd：蜂窝网用户到D2D通信中接收用户之间的信道增益；
Rc(p，q)：蜂窝网用户的上行链路的吞吐量；
Rd(p，q)：D2D通信用户的吞吐量；
n0：背景噪声功率；
(2)利用公式将p用q代替，与此同时，引入q新的上下界变量与Q将问题P1等效地转化为一个对D2D通信用户发射功率的控制优化问题P2：
受限制于：
其中，
定义A＝gcBgdd，B＝αcgcdgdc，C＝n0(gcB+αcgCd)，并定义函数将优化问题P2等效地转化为优化问题P3：
受限制于：F(z，q)≥0
在问题P2和问题P3中，各参数定义如下：
p：蜂窝网用户的发射功率；
q：D2D通信用户的发射功率；
h：D2D通信中发射机为电路基本运作的功率消耗，除发射功率外；
蜂窝网用户的吞吐量要求；
D2D通信用户的吞吐量要求；
蜂窝网用户的最大发射功率；
D2D通信用户的最大发射功率；
gdd：D2D通信中发射用户到D2D通信中接收用户之间的信道增益；
gcB：蜂窝网用户到蜂窝网基站之间的信道增益；
gdc：D2D通信中发射用户到蜂窝网基站之间的信道增益；
gcd：蜂窝网用户到D2D通信中接收用户之间的信道增益；
n0：背景噪声功率；
z：辅助待决定的控制变量；
(3)为求解问题P3，变形成如下子问题：
P3-A：q*(z)＝arg max F(z，q)
受限制于：
然后利用q*(z)，解决如下子问题得到{z*，q*}：
P3-B：max z
受限制于：F(z，q*(z))≥0
z≥0
在子问题P3-A和子问题P3-B中，参数定义如下：
q*：D2D通信中用户发射功率的最优值；
{z*，q*}：问题P3的最优解，上标“*”表示参数在优化问题中的最优值；
通过求解子问题P3-A和P3-B，最终得到D2D通信中用户发射功率最优值q*以及最大化的D2D通信中用户的能量效率；
所述步骤(3)中，采用了分层的思想对问题P3进行优化求解，步骤为：
步骤3.1：对于步骤(3)中的唯一最优值q*(z)有：
其中， A＝gcBgdd，B＝αcgcdgdc，C＝n0(gcB+αcgcd)；
步骤3.2：问题P3-B中最优的情况在F(z，q*(z))＝0下取得，另外定义D2D通信用户的发射机电路运作基本功耗h的两个上下临界值为： 和H＝1Mlog21+AQBQ+C-Q；
①若h＜H，那么问题P3的最优解{z*，q*}为：q*＝Q， 从而获得问题P1的最优解为：D2D通信用户的最优发射功率q*＝Q，蜂窝网用户的最优发射功率以及D2D通信用户的最大能量效率：
②若那么问题P3的最优解{z*，q*}为： 从而获得问题P1的最优解为：D2D通信用户的最优发射功率q*＝Q，蜂窝网用户的最优发射功率以及D2D通信用户的最大能量效率：
③若那么问题P3的最优解{z*，q*}通过如下算法求解：
步骤具体如下：
步骤3.2.1：设置z＝M，设置∈2为二分法计算误差的限度；
步骤3.2.2：
步骤3.2.3：计算
步骤3.2.4：如果-∈2＜F(z，qt)＜∈2，则算法运行停止，输出：D2D通信用户的最优发射功率q*＝qt，蜂窝网用户的最优发射功率D2D通信用户的最大能量效率z*＝z；否则执行步骤3.2.5；
步骤3.2.5：如果F(z，qt)＞∈2，将z赋值给z，跳至步骤3.2.2；如果F(z，qt)＜-∈2，将z赋值给跳至步骤3.2.2。
CN201410550498.9A 2014-10-16 2014-10-16 一种d2d通信中带有服务质量保障的能效优化发射功率控制方法 Active CN104768213B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410550498.9A CN104768213B (zh) 2014-10-16 2014-10-16 一种d2d通信中带有服务质量保障的能效优化发射功率控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410550498.9A CN104768213B (zh) 2014-10-16 2014-10-16 一种d2d通信中带有服务质量保障的能效优化发射功率控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104768213A CN104768213A (zh) 2015-07-08
CN104768213B true CN104768213B (zh) 2018-08-17

Family

ID=53649734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410550498.9A Active CN104768213B (zh) 2014-10-16 2014-10-16 一种d2d通信中带有服务质量保障的能效优化发射功率控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104768213B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105188067B (zh) * 2015-08-25 2018-09-21 浙江工业大学 一种认知无线网络中基于双层单调性优化的功率控制方法
CN105142224B (zh) * 2015-08-28 2018-07-06 东南大学 单信道蜂窝用户情况下的d2d功率分配快速优化算法
CN106102145B (zh) * 2016-06-08 2019-08-13 厦门大学 一种单蜂窝下d2d通信的能耗优化方法
CN106998555B (zh) * 2017-04-24 2020-02-18 东南大学 一种异构网络中d2d通信的高能量效率资源复用方法
CN108391309B (zh) * 2018-01-10 2021-06-18 宁波大学 一种d2d通信中的能量效率优化方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103582105A (zh) * 2013-11-11 2014-02-12 浙江工业大学 一种大规模异构蜂窝网络中最大化系统效益的优化方法
CN103634850A (zh) * 2013-12-03 2014-03-12 西安电子科技大学 基于蜂窝网络覆盖终端直通通信系统能效与时延折衷方法
CN103716869A (zh) * 2013-12-12 2014-04-09 浙江工业大学 一种d2d通信中基于能效优化的分布式功率控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103582105A (zh) * 2013-11-11 2014-02-12 浙江工业大学 一种大规模异构蜂窝网络中最大化系统效益的优化方法
CN103634850A (zh) * 2013-12-03 2014-03-12 西安电子科技大学 基于蜂窝网络覆盖终端直通通信系统能效与时延折衷方法
CN103716869A (zh) * 2013-12-12 2014-04-09 浙江工业大学 一种d2d通信中基于能效优化的分布式功率控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104768213A (zh) 2015-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104768213B (zh) 一种d2d通信中带有服务质量保障的能效优化发射功率控制方法
Huang et al. Energy-efficient SWIPT in IoT distributed antenna systems
CN109041196B (zh) Noma携能通信系统中基于能效最大化的资源联合分配方法
Xu et al. Joint power control and time allocation for wireless powered underlay cognitive radio networks
CN103716869B (zh) 一种d2d通信中基于能效优化的分布式功率控制方法
CN103402207B (zh) 动态可变的mf-tdma卫星通信系统资源分配方法
CN107026684B (zh) 一种基于人工噪声的认知通信物理层安全能效优化方法
CN105451322A (zh) D2D网络中一种基于QoS的信道分配和功率控制方法
CN103596120A (zh) 宏蜂窝和小蜂窝异构网络中的d2d通信方法
Shah et al. System capacity analysis for ultra-dense multi-tier future cellular networks
CN109768851B (zh) 一种scma下行系统中基于能效的资源分配方法
CN111918320B (zh) 时分双工下非正交多址接入的无线通信资源优化分配方法
CN110213822A (zh) 一种基于数据安全的非正交多址接入系统下行链路线性搜索式功率分配优化方法
CN102142875A (zh) 一种宽带协作多点传输的自适应比特装载和功率分配方法
CN110190981B (zh) 一种基于非正交多址接入的多任务计算迁移能耗优化方法
Khuntia et al. QOS aware channel and power allocation scheme for D2D enabled cellular networks
CN104684051A (zh) 一种LTE和LTE-Advanced系统在非满负载下的资源分配方法
CN110225494B (zh) 一种基于外部性和匹配算法的机器类通信资源分配方法
CN103024913A (zh) 蜂窝通信系统终端直通自适应分组与资源分配方法
CN108521672A (zh) 一种分布式无线能量和信息传输系统的资源分配方法
CN104684062B (zh) 一种d2d通信中基于布伦特方法的带有保障服务质量的能效优化发射功率控制方法
CN108449737A (zh) 一种分布式天线系统中基于d2d的下行链路高能效功率分配方法
CN104735767B (zh) 一种d2d通信中基于线性搜索的带有服务质量保障的能效优化发射功率控制方法
CN106413098A (zh) D2d网络中一种基于中断概率的资源分配方法
CN107172659B (zh) 资源分配的方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20200331

Address after: 266100 A 169, Songling Road, software park, Laoshan District, Qingdao, Shandong, 211

Patentee after: Qingdao Huashi Intelligent Technology Co.,Ltd.

Address before: 310000 room 1004-1006, building 17, No. 57, Science Park Road, Baiyang street, Hangzhou Economic and Technological Development Zone, Zhejiang Province

Patentee before: Zhejiang Qibo Intellectual Property Operation Co.,Ltd.

Effective date of registration: 20200331

Address after: 310000 room 1004-1006, building 17, No. 57, Science Park Road, Baiyang street, Hangzhou Economic and Technological Development Zone, Zhejiang Province

Patentee after: Zhejiang Qibo Intellectual Property Operation Co.,Ltd.

Address before: The city Zhaohui six districts Chao Wang Road Hangzhou City, Zhejiang province 310014 18

Patentee before: ZHEJIANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY