CN108770004B - 一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法 - Google Patents
一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108770004B CN108770004B CN201810477031.4A CN201810477031A CN108770004B CN 108770004 B CN108770004 B CN 108770004B CN 201810477031 A CN201810477031 A CN 201810477031A CN 108770004 B CN108770004 B CN 108770004B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ddrcm
- theta
- base station
- follows
- downlink transmission
- 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
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 46
- 238000005457 optimization Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
- H04W24/02—Arrangements for optimising operational condition
-
- 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
- H04W52/02—Power saving arrangements
- H04W52/0203—Power saving arrangements in the radio access network or backbone network of wireless communication networks
- H04W52/0206—Power saving arrangements in the radio access network or backbone network of wireless communication networks in access points, e.g. base stations
-
- 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
- H04W52/06—TPC algorithms
- H04W52/14—Separate analysis of uplink or downlink
- H04W52/143—Downlink power control
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Description
技术领域
本发明属于通信领域,一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法。
背景技术
移动互联网业务的快速发展,对蜂窝无线接入网造成了巨大的流量压力。由于有限的无线资源,利用非正交接入技术使移动用户同时共用同一信道为无线接入提供一种有效的方法,实现在未来的5G网中超高吞吐量和大规模连接的目标。
发明内容
为了克服现有技术的下行传输时间较长、基站总能量消耗较大的不足,本发明提供一种最小化下行传输时间与基站总能量消耗的基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法,本发明针对下行传输时间过大的难点,主要考虑的是利用非正交接入技术来传输数据,研究了一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法,包括以下步骤:
在保证基站发送完成所有移动用户数据量的条件下,最小化下行传输时延和基站总能耗的优化问题描述为如下所示的优化问题DDRCM(Downloading-Duration ResourceConsumption Minimization)问题,DDRCM指的是下行资源消耗最小化:
0≤t≤Tmax (1-3)
Variables:t
下面将问题中的各个变量做一个说明,如下:
α:下行传输时间的权重因子;
β:下行传输总能量消耗的权重因子;
t:基站发送数据到移动用户的下行传输时间,单位是秒;
W:基站到移动用户的信道带宽,单位是赫兹;
n0:信道背景噪声的频谱功率密度;
gBi:基站到移动用户i的信道功率增益;
Tmax:基站发送数据到移动用户的最大下行传输时间,单位是秒;
(2)DDRCM问题表示如下:
s.t.constraint(1-1)
constraint(1-2)
Variable:0≤t≤Tmax
DDRCM问题等价为DDRCM-E问题,“E”表示的是等价地,如下:
Variable:x≥1/Tmax
定义基站的函数H(x)的表达式如下:
为了有效解决DDRCM-E问题,引入一个新变量θ,通过使用变量θ,DDRCM-E问题转化为P1问题如下:
P1:minθ
Variable:θ
求解P1问题的思路是:设定θ的上限是一个足够大的数,设定θ的下限是0,通过对θ进行对分搜索来找到最小的θ值,该θ值要同时确保P1问题可行,P1问题可行是指:在给定θ值条件下,P1问题中约束条件(2-4),(2-5)和(2-6)所产生有关于变量x的可行解集合为一个非空集合;否则,P1问题为不可行,即在给定θ值条件下约束条件(2-4),(2-5)和(2-6)所产生有关于变量x的可行解集合是一个空集;
为了判断在给定θ值条件下P1问题是否可行,考虑如下P2问题:
Variable:x
如果P2问题的最优值输出Vθ≤0,则表示P1问题是可行的;否则,P1问题将是不可行的;
接着,定义函数G(x)如下:
因此,得到函数G(x)的一阶导数如下:
接着,根据条件(2-3)和(2-7),得到关于变量x的表达式如下:
对(2-11)关于x求一阶导数,得到:
(3)求解P1问题的算法DDRCM-Algorithm,在P1问题中,设定θ的上限是一个足够大的数,设定θ的下限是0,通过对θ进行对分搜索来找到最小的θ值,该θ值要同时确保P1问题可行;通过求解P2问题,判断在给定θ值条件下P1问题是否可行:其中,如果P2问题的最优值输出Vθ≤0,则表示P1问题是可行的,那通过对分方式减小当前θ值;否则,P1问题将是不可行的,那通过对分方式增加当前θ值;通过对分搜索不断更新当前θ值,直到Vθ以设定的计算精度足够接近于0,算法最后输出的最优θ值,即确保P1问题可行的最小的θ值,它代表了DDRCM问题的下行资源消耗(即下行传输时间与基站总能量消耗)的最小值。
进一步,所述步骤(3)中,求解P1问题算法的DDRCM-Algorithm的步骤如下:
步骤3.1:输入计算精度∈DDRCM=10-4,设定参数θuppbound=104,θlowbound=0;
步骤3.2:开始循环|θuppbound-θlowbound|>∈DDRCM;
步骤3.7:如果xzero<xmin,设定x*,temp=xmin,转至执行步骤3.10;
步骤3.8:否则如果xzero≤xmax,设定x*,temp=xzero,转至执行步骤3.10;
步骤3.9:否则,xzero>xmax,设定x*,temp=xmax,转至执行步骤3.10;
步骤3.11:如果Vθ≤0,设定θuppbound=θcur,同时设定
x*=x*,temp,转至并执行步骤3.2;否则,设定θlowbound=θcur,同时设定x*=x*,temp,转至并执行步骤3.2;
步骤3.12:当|θuppbound-θlowbound|≤∈DDRCM时,结束循环;
步骤3.13:输出θ*=θcur以及x*;
本发明的技术构思为:首先,考虑在蜂窝无线网络中,基站通过非正交接入技术传输数据实现最小化下行传输时间与基站总能量消耗来获得一定的经济效益和服务质量。在此处,考虑的前提是基站的下载能量消耗及下行传输时间的限制。接着,通过对问题的特性分析,将非凸问题等价转换成凸问题来求解。提出基于对分搜索的方法,从而在保证基站发送完成所有移动用户数据量的条件下,实现最小化下行传输时间与基站总能量消耗。
本发明的有益效果主要表现在:1、对于下行整体而言,利用非正交接入技术大大提高了系统传输效率;2、对于下行整体而言,利用非正交接入技术大大节省带宽资源;3、对于基站而言,通过非正交接入技术获得更优质的无线网络体验质量。
附图说明
图1是无线网络中基站和多个移动用户的下行场景示意图。
具体实施方式
下面结合附图对于本发明作进一步详细描述。
参照图1,一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法,实行该方法能在同时保证基站发送完成所有移动用户数据量的条件下,使得下行传输时间与基站总能量消耗最小化,提高整个系统的无线网络体验质量。本发明可以应用于无线网络,如图1所示场景中。针对该目标设计对问题的优化方法主要包括如下步骤:
在保证基站发送完成所有移动用户数据量的条件下,最小化下行传输时延和基站总能耗的优化问题描述为如下所示的优化问题DDRCM(Downloading-Duration ResourceConsumption Minimization)问题,DDRCM指的是下行资源消耗最小化:
0≤t≤Tmax (1-3)
Variables:t
下面将问题中的各个变量做一个说明,如下:
α:下行传输时间的权重因子;
β:下行传输总能量消耗的权重因子;
t:基站发送数据到移动用户的下行传输时间,单位是秒;
W:基站到移动用户的信道带宽,单位是赫兹;
n0:信道背景噪声的频谱功率密度;
gBi:基站到移动用户i的信道功率增益;
Tmax:基站发送数据到移动用户的最大下行传输时间,单位是秒;
(2)DDRCM问题表示如下:
s.t.constraint(1-1)
constraint(1-2)
Variable:0≤t≤Tmax
DDRCM问题等价为DDRCM-E问题,“E”表示的是等价地,如下:
Variable:x≥1/Tmax
为了更方便的表达,定义基站的函数H(x)的表达式如下:
为了有效解决DDRCM-E问题,引入一个新变量θ,通过使用变量θ,DDRCM-E问题转化为P1问题如下:
P1:minθ
Variable:θ
求解P1问题的思路是:设定θ的上限是一个足够大的数(例如,θ的上限是104),设定θ的下限是0,通过对θ进行对分搜索来找到最小的θ值,该θ值要同时确保P1问题可行,在这里,P1问题可行的意思是:在给定θ值条件下,P1问题中约束条件(2-4),(2-5)和(2-6)所产生有关于变量x的可行解集合为一个非空集合;否则,P1问题为不可行,即在给定θ值条件下约束条件(2-4),(2-5)和(2-6)所产生有关于变量x的可行解集合是一个空集;
为了判断在给定θ值条件下P1问题是否可行,考虑如下P2问题:
Variable:x
如果P2问题的最优值输出Vθ≤0,则表示P1问题是可行的;否则,P1问题将是不可行的;
接着,定义函数G(x)如下:
因此,得到函数G(x)的一阶导数如下:
接着,根据条件(2-3)和(2-7),得到关于变量x的表达式如下:
对(2-11)关于x求一阶导数,得到:
(3)求解P1问题的算法DDRCM-Algorithm,在P1问题中,设定θ的上限是一个足够大的数(例如,θ的上限是104),设定θ的下限是0,通过对θ进行对分搜索来找到最小的θ值,该θ值要同时确保P1问题可行。通过求解P2问题,判断在给定θ值条件下P1问题是否可行:其中,如果P2问题的最优值输出Vθ≤0,则表示P1问题是可行的,那通过对分方式减小当前θ值;否则,P1问题将是不可行的,那通过对分方式增加当前θ值;通过对分搜索不断更新当前θ值,直到Vθ以设定的计算精度足够接近于0,算法最后输出的最优θ值,即确保P1问题可行的最小的θ值,它代表了DDRCM问题的下行资源消耗(即下行传输时间与基站总能量消耗)的最小值,求解P1问题算法的DDRCM-Algorithm的步骤如下:
步骤3.1:输入计算精度∈DDRCM=10-4,设定参数θuppbound=104,θlowbound=0;
步骤3.2:开始循环|θuppbound-θlowbound|>∈DDRCM;
步骤3.7:如果xzero<xmin,设定x*,temp=xmin,转至执行步骤3.10;
步骤3.8:否则如果xzero≤xmax,设定x*,temp=xzero,转至执行步骤3.10;
步骤3.9:否则,xzero>xmax,设定x*,temp=xmax,转至执行步骤3.10;
步骤3.11:如果Vθ≤0,设定θuppbound=θcur,同时设定
x*=x*,temp,转至并执行步骤3.2;否则,设定θlowbound=θcur,同时设定x*=x*,temp,转至并执行步骤3.2;
步骤3.12:当|θuppbound-θlowbound|≤∈DDRCM时,结束循环;
步骤3.13:输出θ*=θcur以及x*;
Claims (1)
1.一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
在保证基站发送完成所有移动用户数据量的条件下,最小化下行传输时延和基站总能耗的优化问题描述为如下所示的优化问题DDRCM问题,DDRCM指的是下行资源消耗最小化:
0≤t≤Tmax (1-3)
变量:t
下面将问题中的各个变量做一个说明,如下:
α:下行传输时间的权重因子;
β:下行传输总能量消耗的权重因子;
t:基站发送数据到移动用户的下行传输时间,单位是秒;
W:基站到移动用户的信道带宽,单位是赫兹;
n0:信道背景噪声的频谱功率密度;
gBi:基站到移动用户i的信道功率增益;
Tmax:基站发送数据到移动用户的最大下行传输时间,单位是秒;
(2)DDRCM问题表示如下:
s.t.约束条件(1-1)
约束条件(1-2)
变量:0≤t≤Tmax
DDRCM问题等价为DDRCM-E问题,“E”表示的是等价地,如下:
变量:x≥1/Tmax
定义基站的函数H(x)的表达式如下:
为了有效解决DDRCM-E问题,引入一个新变量θ,通过使用变量θ,DDRCM-E问题转化为P1问题如下:
P1:minθ
变量:θ
求解P1问题的思路是:设定θ的上限是一个足够大的数,设定θ的下限是0,通过对θ进行对分搜索来找到最小的θ值,该θ值要同时确保P1问题可行,P1问题可行是指:在给定θ值条件下,P1问题中约束条件(2-4),(2-5)和(2-6)所产生有关于变量x的可行解集合为一个非空集合;否则,P1问题为不可行,即在给定θ值条件下约束条件(2-4),(2-5)和(2-6)所产生有关于变量x的可行解集合是一个空集;
为了判断在给定θ值条件下P1问题是否可行,考虑如下P2问题:
变量:x
如果P2问题的最优值输出Vθ≤0,则表示P1问题是可行的;否则,P1问题将是不可行的;
接着,定义函数G(x)如下:
因此,得到函数G(x)的一阶导数如下:
接着,根据条件(2-3)和(2-7),得到关于变量x的表达式如下:
对(2-11)关于x求一阶导数,得到:
(3)求解P1问题的算法DDRCM-Algorithm,在P1问题中,设定θ的上限是一个足够大的数,设定θ的下限是0,通过对θ进行对分搜索来找到最小的θ值,该θ值要同时确保P1问题可行;通过求解P2问题,判断在给定θ值条件下P1问题是否可行:其中,如果P2问题的最优值输出Vθ≤0,则表示P1问题是可行的,那通过对分方式减小当前θ值;否则,P1问题将是不可行的,那通过对分方式增加当前θ值;通过对分搜索不断更新当前θ值,直到Vθ以设定的计算精度足够接近于0,算法最后输出的最优θ值,即确保P1问题可行的最小的θ值,它代表了DDRCM问题的下行资源消耗的最小值。求解P1问题算法的DDRCM-Algorithm的步骤如下:
步骤3.1:输入计算精度∈DDRCM=10-4,设定参数θuppbound=104,θlowbound=0;
步骤3.2:开始循环|θuppbound-θlowbound|>∈DDRCM;
步骤3.7:如果xzero<xmin,设定x*,temp=xmin,转至执行步骤3.10;
步骤3.8:否则如果xzero≤xmax,设定x*,temp=xzero,转至执行步骤3.10;
步骤3.9:否则,xzero>xmax,设定x*,temp=xmax,转至执行步骤3.10;
步骤3.11:如果Vθ≤0,设定θuppbound=θcur,同时设定x*=x*,temp,转至并执行步骤3.2;否则,设定θlowbound=θcur,同时设定x*=x*,temp,转至并执行步骤3.2;
步骤3.12:当|θuppbound-θlowbound|≤∈DDRCM时,结束循环;
步骤3.13:输出θ*=θcur以及x*;
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810477031.4A CN108770004B (zh) | 2018-05-18 | 2018-05-18 | 一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810477031.4A CN108770004B (zh) | 2018-05-18 | 2018-05-18 | 一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108770004A CN108770004A (zh) | 2018-11-06 |
CN108770004B true CN108770004B (zh) | 2021-04-06 |
Family
ID=64007155
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810477031.4A Active CN108770004B (zh) | 2018-05-18 | 2018-05-18 | 一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108770004B (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107466069A (zh) * | 2017-07-17 | 2017-12-12 | 浙江工业大学 | 无线网络中基于双连接与非正交多址接入的能效优化方法 |
CN107509243A (zh) * | 2017-08-10 | 2017-12-22 | 浙江工业大学 | 基于下行非正交多址接入系统的带宽与功率联合控制方法 |
CN107889124A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-04-06 | 南京邮电大学 | 一种基于非正交多址接入的洪涝监测数据传输方法 |
CN107949061A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-04-20 | 重庆邮电大学 | 基于非正交多址系统的多用户分组方法 |
CN108040364A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-05-15 | 浙江工业大学 | 非正交多址链路中信道带宽与功率联合分配的线性搜索方法 |
-
2018
- 2018-05-18 CN CN201810477031.4A patent/CN108770004B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107466069A (zh) * | 2017-07-17 | 2017-12-12 | 浙江工业大学 | 无线网络中基于双连接与非正交多址接入的能效优化方法 |
CN107509243A (zh) * | 2017-08-10 | 2017-12-22 | 浙江工业大学 | 基于下行非正交多址接入系统的带宽与功率联合控制方法 |
CN108040364A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-05-15 | 浙江工业大学 | 非正交多址链路中信道带宽与功率联合分配的线性搜索方法 |
CN107949061A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-04-20 | 重庆邮电大学 | 基于非正交多址系统的多用户分组方法 |
CN107889124A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-04-06 | 南京邮电大学 | 一种基于非正交多址接入的洪涝监测数据传输方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Energy-Efficient NOMA-Enabled Traffic Offloading via Dual-Connectivity in Small-Cell Networks;Yuan Wu等;《IEEE COMMUNICATIONS LETTERS》;20170321;全文 * |
Joint Channel Bandwidth and Power Allocations for Downlink Non-Orthogonal Multiple Access Systems;Yuan Wu等;《2017 IEEE 86th Vehicular Technology Conference(VTC-Fall)》;20170927;全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108770004A (zh) | 2018-11-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Abd-Elmagid et al. | On the role of age of information in the Internet of Things | |
CN111132191A (zh) | 移动边缘计算服务器联合任务卸载、缓存及资源分配方法 | |
CN110493854B (zh) | 一种基于优化理论的wpt-mec网络上下行资源分配与功率控制机制 | |
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 | |
EP3195678B1 (en) | Scheduling method and system for fourth generation radio mobile networks | |
CN110602722B (zh) | 一种基于noma的联合内容推送和传输的设计方法 | |
CN106686679B (zh) | 内容中心网络中基于能效的多跳d2d路由跳数限制方法 | |
CN107172706B (zh) | 一种基于d2d通信的联合无线资源分配和功率控制方法 | |
CN108770004B (zh) | 一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法 | |
CN108768708B (zh) | 一种基于线性搜索式的非正交接入上行传输时间优化方法 | |
Sreelakshmy et al. | Simultaneous wireless information and power transfer in heterogeneous cellular networks with underlay D2D communication | |
CN108966324B (zh) | 一种基于对分搜索式的非正交接入最优解码排序上行传输时间优化方法 | |
CN109451584B (zh) | 一种多天线数能一体化通信网络的最大化上行吞吐量方法 | |
CN108668304B (zh) | 一种基于深度强化学习的非正交接入下行传输时间优化方法 | |
CN108712755B (zh) | 基于深度强化学习的非正交接入上行传输时间优化方法 | |
CN109275163B (zh) | 一种基于结构化排序特征的非正交多址接入联合带宽和速率分配方法 | |
CN108632964B (zh) | 一种基于线性搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法 | |
CN108777868B (zh) | 一种基于对分搜索式的非正交接入上行传输时间优化方法 | |
CN111465108A (zh) | 一种能量获取d2d异构网络中频效能效优化方法 | |
Gao et al. | A load balancing scheme for supporting safety applications in heterogeneous software defined LTE-V networks | |
CN107172574B (zh) | 一种d2d用户对与蜂窝用户共享频谱的功率分配方法 | |
CN116405979A (zh) | 一种毫米波移动边缘计算组网资源分配方法 | |
CN108848552B (zh) | 一种非正交接入最优解码排序上行传输时间优化方法 | |
CN105813135B (zh) | 一种适用于无线Mesh网的链路功率、速率和负载长度控制方法 | |
CN109803352B (zh) | 一种雾无线接入网络的资源调配方法和装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |