CN105682236A - 一种功率最小化的子载波分配算法 - Google Patents

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    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

本发明公开了一种功率最小化的子载波分配算法，在满足用户最小速率请求的前提下，使基站的发送功率最小化，包括如下步骤：参数初始化，该参数包括调度的用户数、系统带宽、子载波个数、用户的最小速率请求和用户的信道噪声比；迭代初始化，首先给每个用户各分配一个子载波，并计算每个用户对应的功率消耗；迭代过程，假设给每个用户分配一个子载波，计算每个用户增加一个子载波时的功率消耗，并计算此时每个用户相对上一次迭代时的功率节省值，具有最大功率节省值的用户使用该子载波，其余用户的子载波数不变；剩余的子载波分配重复上一步的迭代过程，直到所有的子载波分配完毕。本发明通过迭代地进行子载波分配，可使基站的发送功率最小化。

Description

一种功率最小化的子载波分配算法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体地说，涉及一种能够使基站发送功率最小化的子载波分配算法。
背景技术
随着各种网络接入技术的快速普及，无线服务的业务需求在快速增长，信息与通信技术的能源消耗越来越多。无论是从环境保护还是从经济发展的角度来考虑，提高能量效率，降低网络的能量消耗，已成为未来移动蜂窝网络的越来越重要的问题。
传统蜂窝网络通常按照业务负载的峰值进行设计，并保持不变。实际上，用户在空间和时间上的分布以及业务负载的类型具有很大的不均匀性。大部分的网络很少一直运行在峰值状态，如晚上的办公区域、白天的居民区。根据香农信道容量公式，用户速率与可分配的带宽或子载波数成线性关系，与发送功率成对数变化关系。因此，在保持用户服务质量的前提下，可以对频谱和能量节省之间进行折中。尽管带宽扩展可以节省能量，如何进一步降低活跃基站的能量消耗是一个非常有潜力的研究方向。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种功率最小化的子载波分配算法，该算法在满足用户最小速率请求的条件下，以较低的复杂度对系统子载波进行分配，同时使系统的功率消耗最小。
本发明的技术方案为：假设每个用户都分配一个子载波，计算每个用户添加一个子载波后的功率消耗，然后比较每个用户添加一个子载波后的功率节省，最后把子载波分配给具有最大功率节省的用户。所述算法具体步骤如下：
为实现上述目的，本发明一种功率最小化的子载波分配算法用于将系统中的子载波分配给用户，使系统的功率消耗最小。该方法包括以下步骤：
(1)参数初始化，所述参数包括用户数、系统带宽、子载波个数、子载波带宽、每个用户的最小速率请求、及基站到每个用户的信道噪声比；
(2)迭代初始化，分配每个用户一个子载波，并计算此时每个用户的功率消耗；
(3)迭代过程，假设给每个用户暂时分配一个子载波，计算每个用户的功率消耗，并计算每个用户的功率节省值；
(4)把该子载波分配给具有最大功率节省值的用户，其余用户的子载波数保持不变，此次迭代过程结束；
(5)把剩余的子载波数按上述迭代过程依次分配给用户，直到所有的子载波分配完毕。
进一步地，在步骤(1)中所述的最小速率请求，是满足用户服务质量的最小发送速率。
进一步地，在步骤(2)中所述的每个用户的功率消耗，是给用户分配一个子载波，并满足用户的最小速率请求时消耗的功率。
进一步地，在步骤(3)中所述的功率节省值，是每个用户相对上一次子载波分配消耗功率的节省值。
进一步地，在步骤(4)中其余用户的子载波数保持不变，是相对上一次迭代结果。
进一步地，剩余子载波依次重复步骤(3)至步骤(4)，直至所有子载波分配完毕。
进一步地，每次迭代过程只分配一个子载波。
本发明的有益效果：本发明可以在满足用户最小速率请求的条件下，迭代地把系统中的子载波分配给用户，从而使系统的功率消耗最小。另外，本方法的算法复杂度低。
附图说明
图1为本发明功率最小化的子载波分配算法的流程图；
图2表示子载波随迭代过程在不同用户上的分配；
图3表示随着迭代次数变化系统总的功率消耗；
图4表示采用本发明算法与平均分配算法和穷搜算法系统功率消耗对比。
具体实施方式
下为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。本实施例的主要功能，是提供一种功率最小化子载波分配算法，该算法在满足用户最小速率请求的条件下，以较低的复杂度对系统子载波进行分配，同时使系统的功率消耗最小。
设小区半径为500米，用户在小区覆盖范围内均匀分布，假设用户的最小数据速率请求都相同，为1kbps。每个子载波带宽为1kHz。假设噪声功率为-115dBm。在每个时隙假设对三个用户进行调度。基站到用户的距离分别为300米、400米和500米，这三个用户可表示为user-300m、user-400m和user-500m。本实施例只假设了三个用户进行仿真验证，然而本发明算法并局限于三个用户，可以此推广到不同的带宽和更多的用户。如图1所示，本实施例的接入方法具体包括以下步骤：
第一步：初始化功率最小化子载波分配算法的参数，包括用户数K，系统带宽B，子载波数L，子载波带宽W，用户k的最小数据速率请求rk和信道噪声比Gk；
第二步：迭代初始化。设t＝0,分配每个用户一个子载波k＝1,K,K，计算用户k的功率消耗每个用户的功率消耗，是给用户分配一个子载波，并满足用户的最小速率请求时消耗的功率。
第三步：迭代开始，设t＝t+1；
第四步：设每个用户暂时分配一个子载波计算每个用户的功率消耗
第五步：计算用户k的功率节省值功率节省值是每个用户相对上一次子载波分配消耗功率的节省值。满足条件的}用户占用这个子载波，其余用户子载波数不变(相对上一次迭代结果)；设
第六步：判断t是否等于L-K。如果t＝L-K，结束迭代过程；否则跳到第三步。
图2表示随着迭代次数的增加子载波的分配情况，总的子载波数目为18，用户数为3。把子载波初始化作为第一次迭代，在下面的每一次迭代过程中，每一个子载波分配给当前具有最大功率节省的用户。图3表示总的子载波数为18，用户数为3时，系统总的功率消耗随迭代次数的变化。图4表示用户为user-100m、user-1500m和user-500m时，提出的算法、穷搜算法、平均分配算法下系统总的功率消耗随子载波数目变化的情况。
在本实施例中，用户轮询基站接入方法的有益效果主要体现两个方面：第一，本发明提出的算法只需要L-K次迭代，计算复杂度较低；第二，利用该发明提出的算法，可以使基站的发送功率最小，达到和穷搜算法相同的性能，并且比平均分配算法的性能要好。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种功率最小化的子载波分配算法，在满足用户最小速率请求的前提下，通过子载波分配使基站发送功率最小化，其特征在于：包括以下步骤：
(1)参数初始化：所述参数包括用户数、系统带宽、子载波个数、子载波带宽、每个用户的最小速率请求、及基站到每个用户的信道噪声比；
(2)迭代初始化：分配每个用户一个子载波，并计算此时每个用户的功率消耗；
(3)迭代过程，假设给每个用户暂时分配一个子载波，计算每个用户的功率消耗，并计算每个用户的功率节省值；
(4)把该子载波分配给具有最大功率节省值的用户，其余用户的子载波数保持不变，此次迭代过程结束；
(5)把剩余的子载波数按上述迭代过程依次分配给用户，直到所有的子载波分配完毕。
2.根据权利要求1所述的一种功率最小化的子载波分配算法，其特征在于：步骤(1)中所述的最小速率请求，是满足用户服务质量的最小发送速率。
3.根据权利要求1所述的一种功率最小化的子载波分配算法，其特征在于：步骤(2)中所述的每个用户的功率消耗，是给用户分配一个子载波，并满足用户的最小速率请求时消耗的功率。
4.根据权利要求1所述的一种功率最小化的子载波分配算法，其特征在于：步骤(3)中所述的功率节省值，是每个用户相对上一次子载波分配消耗功率的节省值。
5.根据权利要求1所述的一种功率最小化的子载波分配算法，其特征在于：步骤(4)中其余用户的子载波数保持不变，是相对上一次迭代结果。
6.根据权利要求1所述的一种功率最小化的子载波分配算法，其特征在于：剩余子载波依次重复步骤(3)至步骤(4)，直至所有子载波分配完毕。
7.根据权利要求1所述的一种功率最小化的子载波分配算法，其特征在于：每次迭代过程只分配一个子载波。
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US20090122887A1 (en) * 2005-11-17 2009-05-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Carrier allocation method in multi cell orthogonal frequency division multiple access system
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