CN108777868B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

Info

Publication number
CN108777868B
CN108777868B CN201810477073.8A CN201810477073A CN108777868B CN 108777868 B CN108777868 B CN 108777868B CN 201810477073 A CN201810477073 A CN 201810477073A CN 108777868 B CN108777868 B CN 108777868B
Authority
CN
China
Prior art keywords
orrcm
theta
uplink transmission
value
transmission time
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
CN201810477073.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108777868A (zh
Inventor
吴远
张�成
倪克杰
石佳俊
钱丽萍
黄亮
朱威
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.)
Zhejiang University of Technology ZJUT
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 CN201810477073.8A priority Critical patent/CN108777868B/zh
Publication of CN108777868A publication Critical patent/CN108777868A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108777868B publication Critical patent/CN108777868B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H04W52/146—Uplink 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

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，包括以下步骤：(1)在基站的覆盖范围下总共有I个移动用户，提出了一种满足移动用户的服务质量同时，最小化移动用户的上行传输时间与所有移动用户总能量消耗。其中，优化问题描述为一个非凸性优化问题；(2)将ORRCM问题等价转换为ORRCM‑E问题；(3)将ORRCM‑E问题等价转换为D1问题；为了判断在给定θ值条件下D1问题是否可行，提出D2问题；基于对分搜索方法，在移动用户的上传量
Figure DDA0001664751260000011
给定的情况下优化整体无线资源消耗(上行传输时间与所有移动用户总能量消耗)。本发明最小化上行传输时间与所有用户总能量消耗。本发明的技术效果主要表现在:1、对于上行整体而言，利用非正交接入技术大大提高了系统传输效率；2、对于上行整体而言，利用非正交接入技术大大节省带宽资源；3、对于移动用户而言，通过非正交接入技术获得更优质的无线网络体验质量。

Description

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
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上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上行传输时间较长、所有用户总能量消耗较大缺点，本发明提供一种最小化上行传输时间与所有用户总能量消耗的基于对分搜索式的非正交接入上行传输时间优化方法，本发明针对上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上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上行传输时间优化方法，包括以下步骤：
(1)在基站的覆盖范围下总共有I个移动用户，移动用户用集合
Figure BDA0001664751240000012
表示，移动用户使用非正交接入技术同时向基站发送数据，其中移动用户i需要发送的数据量用
Figure BDA0001664751240000011
表示；
在保证发送完成所有移动用户数据量的条件下，最小化上行传输时间与所有移动用户总能量消耗的优化问题描述为如下所示的优化问题ORRCM(Overall Radio ResourceConsumption Minimization)问题，ORRCM指的是整体无线资源消耗最小化：
ORRCM:
Figure BDA0001664751240000021
Figure BDA0001664751240000022
Figure BDA0001664751240000023
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:上行传输时间的权重因子；
β:上行传输总能量消耗的权重因子；
t:移动用户发送数据到基站的上行传输时间，单位是秒；
Figure BDA0001664751240000024
是关于t的函数，表示移动用户i为了在给定上行传输时间t内完成发送数据量
Figure BDA0001664751240000025
所需要的最小发射功率，单位是瓦特；
W:移动用户到基站的信道带宽，单位是赫兹；
n0:信道背景噪声的频谱功率密度；
giB:移动用户i到基站的信道功率增益；
Figure BDA0001664751240000026
移动用户i需要发送到基站的数据量，单位是兆比特；
Figure BDA0001664751240000027
移动用户i最大上传能量消耗，单位是焦耳；
Tmax:移动用户发送数据到基站的最大上行传输时间，单位是秒；
通过引入一个辅助变量求解ORRCM优化问题；
(2)ORRCM问题表示如下：
ORRCM:
Figure BDA0001664751240000031
s.t.constraint(1-1)
constraint(1-2)
Variable:0≤t≤Tmax
ORRCM问题是在给定移动用户上传量
Figure BDA0001664751240000032
的情况下找到最小的上行传输时间与所有用户总能量消耗，定义一个变量x，如下：
Figure BDA0001664751240000033
ORRCM问题等价为ORRCM-E问题，“E”表示的是等价地，如下：
Figure BDA0001664751240000034
定义移动用户i的函数Hi(x)的表达式如下：
Figure BDA0001664751240000035
为了有效解决ORRCM-E问题，引入一个新变量θ，通过使用变量θ，ORRCM-E问题转化为D1问题如下：
D1:minθ
Figure BDA0001664751240000036
Figure BDA0001664751240000037
Figure BDA0001664751240000038
Variable:θ
求解D1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D1问题可行，D1问题可行是指：在给定θ值条件下，D1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，D1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D1问题是否可行，考虑如下D2问题：
D2:
Figure BDA0001664751240000041
Figure BDA0001664751240000042
Figure BDA0001664751240000043
Variable:x
如果D2问题的最优值输出Vθ≤0，则表示D1问题是可行的；否则，D1问题将是不可行的；
接着，定义函数G(x)如下：
Figure BDA0001664751240000044
因此，得到函数G(x)的一阶导数如下：
Figure BDA0001664751240000045
从表达式(2-10)中观察得出
Figure BDA0001664751240000046
是关于变量x的单调递增函数，所以通过求解
Figure BDA0001664751240000047
的零点来求解G(x)的最小值；
首先，根据
Figure BDA0001664751240000048
的单调递增性，利用对分搜索求解
Figure BDA0001664751240000049
的零点记为xzero，使得满足
Figure BDA00016647512400000410
接着，根据条件(2-3)和(2-7)，得到关于变量x的表达式如下：
Figure BDA0001664751240000051
对(2-11)关于x求一阶导数，得到：
Figure BDA0001664751240000052
在这里，引入一个变量
Figure BDA0001664751240000053
Figure BDA0001664751240000054
接着，分析整理表达式(2-11)和(2-12)在不同的条件下，有以下三种情况：
i)如果
Figure BDA0001664751240000055
且
Figure BDA0001664751240000056
那么不存在满足条件的可行解；
ii)如果
Figure BDA0001664751240000057
且
Figure BDA0001664751240000058
那么存在解
Figure BDA0001664751240000059
Figure BDA00016647512400000510
满足
Figure BDA00016647512400000511
iii)如果
Figure BDA00016647512400000512
由于
Figure BDA00016647512400000513
是单调递减的且
Figure BDA00016647512400000514
那么存在
Figure BDA00016647512400000515
满足
Figure BDA00016647512400000516
进一步由于Qi(0)＝0，Qi(x)在区间
Figure BDA00016647512400000517
先增后减，所以
Figure BDA00016647512400000518
存在解
Figure BDA00016647512400000519
满足
Figure BDA00016647512400000520
(3)求解D1问题的算法ORRCM-Algorithm，在D1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D1问题可行；通过求解D2问题，判断在给定θ值条件下D1问题是否可行：其中，如果D2问题的最优值输出Vθ≤0，则表示D1问题是可行的，那通过对分方式减小当前θ值；否则，D1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D1问题可行的最小的θ值，它代表了ORRCM问题的整体资源消耗(即上行传输时间与所有用户总能量消耗)的最小值，求解D1问题算法的ORRCM-Algorithm的步骤如下：
步骤3.1：输入计算精度∈ORRCM＝10-4，设定参数θuppbound＝104，θlowbound＝0；
步骤3.2：开始循环|θuppbound-θlowbound|>∈ORRCM；
步骤3.3：设定
Figure BDA0001664751240000061
步骤3.4：利用对分搜索求解
Figure BDA0001664751240000062
的零点xzero；
步骤3.5：根据对函数Qi(x)和
Figure BDA0001664751240000063
的分析分别利用对分搜索，可以解出
Figure BDA0001664751240000064
步骤3.6：设定
Figure BDA0001664751240000065
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3.10：设定
Figure BDA0001664751240000066
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xw＝x*,temp，转至并执行步骤3.2；
步骤3.12：当|θuppbound-θlowbound|≤∈ORRCM时，结束循环；
步骤3.13：输出θ*＝θcur以及x*；
最后，算法ORRCM-Algorithm输出的θ*代表ORRCM问题所求的最小整体无线资源消耗(包括上行传输时间与所有移动用户总能量消耗)，ORRCM问题中待求的最优上行传输时间t*表示为
Figure BDA0001664751240000071
本发明的技术构思为：首先，考虑在蜂窝无线网络中，移动用户通过非正交接入技术传输数据实现最小化上行传输时间与所有移动用户总能量消耗来获得一定的经济效益和服务质量。在此处，考虑的前提是移动用户的上传能量消耗及上行传输时间的限制。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，从而在保证发送完成所有移动用户数据量的条件下，实现最小化上行传输时间与所有移动用户总能量消耗。
本发明的有益效果主要表现在:1、对于上行整体而言，利用非正交接入技术大大提高了系统传输效率；2、对于上行整体而言，利用非正交接入技术大大节省带宽资源；3、对于移动用户而言，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是无线网络中多个移动用户和基站的上行场景示意图。
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上行传输时间优化方法，实行该方法能在同时保证发送完成所有移动用户数据量的条件下，使得上行传输时间与所有移动用户总能量消耗最小化，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包括如下步骤：
(1)在基站的覆盖范围下总共有I个移动用户，移动用户用集合
Figure BDA0001664751240000088
表示。移动用户使用非正交接入技术同时向基站发送数据，其中移动用户i需要发送的数据量用
Figure BDA0001664751240000081
表示；
在保证发送完成所有移动用户数据量的条件下，最小化上行传输时间与所有移动用户总能量消耗的优化问题描述为如下所示的优化问题ORRCM(Overall Radio ResourceConsumption Minimization)问题，ORRCM指的是整体无线资源消耗最小化：
ORRCM:
Figure BDA0001664751240000082
Figure BDA0001664751240000083
Figure BDA0001664751240000084
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:上行传输时间的权重因子；
β:上行传输总能量消耗的权重因子；
t:移动用户发送数据到基站的上行传输时间，单位是秒；
Figure BDA0001664751240000085
是关于t的函数，表示移动用户i为了在给定上行传输时间t内完成发送数据量
Figure BDA0001664751240000086
所需要的最小发射功率，单位是瓦特；
W:移动用户到基站的信道带宽，单位是赫兹；
n0:信道背景噪声的频谱功率密度；
giB:移动用户i到基站的信道功率增益；
Figure BDA0001664751240000087
移动用户i需要发送到基站的数据量，单位是兆比特；
Figure BDA0001664751240000091
移动用户i最大上传能量消耗，单位是焦耳；
Tmax:移动用户发送数据到基站的最大上行传输时间，单位是秒；
通过引入一个辅助变量求解ORRCM优化问题；
(2)ORRCM问题表示如下：
ORRCM:
Figure BDA0001664751240000092
s.t.constraint(1-1)
constraint(1-2)
Variable:0≤t≤Tmax
ORRCM问题是在给定移动用户上传量
Figure BDA0001664751240000093
的情况下找到最小的上行传输时间与所有用户总能量消耗，为了更方便地解决ORRCM问题，定义一个变量x，如下：
Figure BDA0001664751240000094
ORRCM问题等价为ORRCM-E问题，“E”表示的是等价地，如下：
Figure BDA0001664751240000095
为了更方便的表达，定义移动用户i的函数Hi(x)的表达式如下：
Figure BDA0001664751240000096
为了有效解决ORRCM-E问题，引入一个新变量θ，通过使用变量θ，ORRCM-E问题转化为D1问题如下：
D1:minθ
Figure BDA0001664751240000101
Figure BDA0001664751240000102
Figure BDA0001664751240000103
Variable:θ
求解D1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D1问题可行；在这里，D1问题可行的意思是：在给定θ值条件下，D1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，D1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D1问题是否可行，考虑如下D2问题：
D2:
Figure BDA0001664751240000104
Figure BDA0001664751240000105
Figure BDA0001664751240000106
Variable:x
如果D2问题的最优值输出Vθ≤0，则表示D1问题是可行的；否则，D1问题将是不可行的；
接着，定义函数G(x)如下：
Figure BDA0001664751240000107
因此，得到函数G(x)的一阶导数如下：
Figure BDA0001664751240000108
Figure BDA0001664751240000111
从表达式(2-10)中观察得出
Figure BDA0001664751240000112
是关于变量x的单调递增函数，所以通过求解
Figure BDA0001664751240000113
的零点来求解G(x)的最小值。
首先，根据
Figure BDA0001664751240000114
的单调递增性，利用对分搜索求解
Figure BDA0001664751240000115
的零点记为xzero(在接下的算法中会用到)，使得满足
Figure BDA0001664751240000116
接着，根据条件(2-3)和(2-7)，得到关于变量x的表达式如下：
Figure BDA0001664751240000117
对(2-11)关于x求一阶导数，得到：
Figure BDA0001664751240000118
在这里，引入一个变量
Figure BDA0001664751240000119
Figure BDA00016647512400001110
接着，分析整理表达式(2-11)和(2-12)在不同的条件下，有以下三种情况：
i)如果
Figure BDA00016647512400001111
且
Figure BDA00016647512400001112
那么不存在满足条件的可行解；
ii)如果
Figure BDA00016647512400001113
且
Figure BDA00016647512400001114
那么存在解
Figure BDA00016647512400001115
Figure BDA00016647512400001116
满足
Figure BDA00016647512400001117
iii)如果
Figure BDA00016647512400001118
由于
Figure BDA00016647512400001119
是单调递减的且
Figure BDA00016647512400001120
那么存在
Figure BDA00016647512400001121
满足
Figure BDA00016647512400001122
进一步由于Qi(0)＝0，Qi(x)在区间
Figure BDA00016647512400001123
先增后减，所以
Figure BDA00016647512400001124
存在解
Figure BDA00016647512400001125
满足
Figure BDA00016647512400001126
(3)求解D1问题的算法ORRCM-Algorithm，在D1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D1问题可行；通过求解D2问题，判断在给定θ值条件下D1问题是否可行：其中，如果D2问题的最优值输出Vθ≤0，则表示D1问题是可行的，那通过对分方式减小当前θ值；否则，D1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D1问题可行的最小的θ值)，它代表了ORRCM问题的整体资源消耗(即上行传输时间与所有用户总能量消耗)的最小值，求解D1问题算法的ORRCM-Algorithm的步骤如下：
步骤3.1：输入计算精度∈ORRCM＝10-4，设定参数θuppbound＝104，θlowbound＝0；
步骤3.2：开始循环|θuppbound-θlowbound|>∈ORRCM；
步骤3.3：设定
Figure BDA0001664751240000121
步骤3.4：利用对分搜索求解
Figure BDA0001664751240000122
的零点xzero；
步骤3.5：根据对函数Qi(x)和
Figure BDA0001664751240000123
的分析分别利用对分搜索，可以解出
Figure BDA0001664751240000124
步骤3.6：设定
Figure BDA0001664751240000125
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3.10：设定
Figure BDA0001664751240000131
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|≤∈ORRCM时，结束循环；
步骤3.13：输出θ*＝θcur以及x*；
最后，算法ORRCM-Algorithm输出的θ*代表ORRCM问题所求的最小整体无线资源消耗(包括上行传输时间与所有移动用户总能量消耗)，ORRCM问题中待求的最优上行传输时间t*表示为
Figure BDA0001664751240000132

Claims (1)

1.一种基于对分搜索式的非正交接入上行传输时间优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)在基站的覆盖范围下总共有I个移动用户，移动用户用集合
Figure FDA0003026520600000011
表示，移动用户使用非正交接入技术同时向基站发送数据，其中移动用户i需要发送的数据量用
Figure FDA0003026520600000012
表示；
在保证发送完成所有移动用户数据量的条件下，最小化上行传输时间与所有移动用户总能量消耗的优化问题描述为如下所示的优化问题ORRCM问题，ORRCM指的是整体无线资源消耗最小化：
ORRCM:
Figure FDA0003026520600000013
Figure FDA0003026520600000014
Figure FDA0003026520600000015
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：上行传输时间的权重因子；
β：上行传输总能量消耗的权重因子；
t：移动用户发送数据到基站的上行传输时间，单位是秒；
Figure FDA0003026520600000016
是关于t的函数，表示移动用户i为了在给定上行传输时间t内完成发送数据量
Figure FDA0003026520600000017
所需要的最小发射功率，单位是瓦特；
W：移动用户到基站的信道带宽，单位是赫兹；
n0：信道背景噪声的频谱功率密度；
giB：移动用户i到基站的信道功率增益；
Figure FDA0003026520600000018
移动用户i需要发送到基站的数据量，单位是兆比特；
Figure FDA0003026520600000021
移动用户i最大上传能量消耗，单位是焦耳；
Tmax：移动用户发送数据到基站的最大上行传输时间，单位是秒；
通过引入一个辅助变量求解ORRCM优化问题；
(2)ORRCM问题表示如下：
ORRCM:
Figure FDA0003026520600000022
s.t.表达式(1-1)
表达式(1-2)
变量:0≤t≤Tmax
ORRCM问题是在给定移动用户上传量
Figure FDA0003026520600000023
的情况下找到最小的上行传输时间与所有用户总能量消耗，定义一个变量x，如下：
Figure FDA0003026520600000024
ORRCM问题等价为ORRCM-E问题，“E”表示的是等价地，如下：
ORRCM-E:
Figure FDA0003026520600000025
Figure FDA0003026520600000026
变量:x≥1/Tmax
定义移动用户i的函数Hi(x)的表达式如下：
Figure FDA0003026520600000027
为了有效解决ORRCM-E问题，引入一个新变量θ，通过使用变量θ，ORRCM-E问题转化为D1问题如下：
D1:min θ
Figure FDA0003026520600000028
Figure FDA0003026520600000031
Figure FDA0003026520600000032
变量:θ
求解D1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D1问题可行，D1问题可行是指：在给定θ值条件下，D1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，D1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D1问题是否可行，考虑如下D2问题：
D2:
Figure FDA0003026520600000033
Figure FDA0003026520600000034
Figure FDA0003026520600000035
变量:x
如果D2问题的最优值输出Vθ≤0，则表示D1问题是可行的；否则，D1问题将是不可行的；
接着，定义函数G(x)如下：
Figure FDA0003026520600000036
因此，得到函数G(x)的一阶导数如下：
Figure FDA0003026520600000037
从表达式(2-10)中观察得出
Figure FDA0003026520600000038
是关于变量x的单调递增函数，所以通过求解
Figure FDA0003026520600000041
的零点来求解G(x)的最小值；
首先，根据
Figure FDA0003026520600000042
的单调递增性，利用对分搜索求解
Figure FDA0003026520600000043
的零点记为xzero，使得满足
Figure FDA0003026520600000044
接着，根据条件(2-3)和(2-7)，得到关于变量x的表达式如下：
Figure FDA0003026520600000045
对(2-11)关于x求一阶导数，得到：
Figure FDA0003026520600000046
在这里，引入一个变量
Figure FDA0003026520600000047
Figure FDA0003026520600000048
接着，分析整理表达式(2-11)和(2-12)在不同的条件下，有以下三种情况：
i)如果
Figure FDA0003026520600000049
且
Figure FDA00030265206000000410
那么不存在满足条件的可行解；
ii)如果
Figure FDA00030265206000000411
且
Figure FDA00030265206000000412
那么存在解
Figure FDA00030265206000000413
Figure FDA00030265206000000414
满足
Figure FDA00030265206000000415
iii)如果
Figure FDA00030265206000000416
由于
Figure FDA00030265206000000417
是单调递减的且
Figure FDA00030265206000000418
那么存在
Figure FDA00030265206000000419
满足
Figure FDA00030265206000000420
进一步由于Qi(0)＝0，Qi(x)在区间
Figure FDA00030265206000000421
先增后减，所以
Figure FDA00030265206000000422
存在解
Figure FDA00030265206000000423
满足
Figure FDA00030265206000000424
(3)求解D1问题的算法ORRCM-Algorithm，在D1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D1问题可行；通过求解D2问题，判断在给定θ值条件下D1问题是否可行：其中，如果D2问题的最优值输出Vθ≤0，则表示D1问题是可行的，那通过对分方式减小当前θ值；否则，D1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D1问题可行的最小的θ值，它代表了ORRCM问题的整体资源消耗的最小值，求解D1问题算法的ORRCM-Algorithm的步骤如下：
步骤3.1：输入计算精度∈ORRCM＝10-4，设定参数θuppbound＝104，θlowbound＝0；
步骤3.2：开始循环|θuppbound-θlowbound|>∈ORRCM；
步骤3.3：设定
Figure FDA0003026520600000051
步骤3.4：利用对分搜索求解
Figure FDA0003026520600000052
的零点xzero；
步骤3.5：根据对函数Qi(x)和
Figure FDA0003026520600000053
的分析分别利用对分搜索，可以解出
Figure FDA0003026520600000054
步骤3.6：设定
Figure FDA0003026520600000055
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3.10：设定
Figure FDA0003026520600000056
步骤3.11：如果Vθ *,temp≤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|≤∈ORRCM时，结束循环；
步骤3.13：输出θ*＝θcur以及x*；
最后，算法ORRCM-Algorithm输出的θ*代表ORRCM问题所求的最小整体无线资源消耗，ORRCM问题中待求的最优上行传输时间t*表示为
Figure FDA0003026520600000061
CN201810477073.8A 2018-05-18 2018-05-18 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 Active CN108777868B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810477073.8A CN108777868B (zh) 2018-05-18 2018-05-18 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810477073.8A CN108777868B (zh) 2018-05-18 2018-05-18 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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108777868A CN108777868A (zh) 2018-11-09
CN108777868B true CN108777868B (zh) 2021-10-26

Family

ID=64027380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810477073.8A Active CN108777868B (zh) 2018-05-18 2018-05-18 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

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108777868B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 *
Secrecy-Based Energy-Efficient Data Offloading via Dual Connectivity Over Unlicensed Spectrums;Yuan Wu等;《IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS》;20160920;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108777868A (zh) 2018-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109714817B (zh) 使用noma和d2d组的通信系统功率分配方法
WO2010124647A1 (zh) 移动通信中基站动态分簇的设备和方法
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
CN110602722B (zh) 一种基于noma的联合内容推送和传输的设计方法
CN108112084A (zh) 一种蜂窝d2d通信系统中联合模式选择和资源分配方法
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
Qu et al. On the coverage problem in device-to-device relay networks
Barua et al. A novel approach of mobility management for the D2D communications in 5G mobile cellular network system
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
CN108174448B (zh) 蜂窝d2d通信的资源分配方法
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
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
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
CN108282762B (zh) Lte-a网络大规模m2m通信上行数据传输方法
Gao et al. A load balancing scheme for supporting safety applications in heterogeneous software defined LTE-V networks
Al-Wesabi et al. A joint algorithm for resource allocation in d2d 5g wireless networks
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
CN108271266B (zh) 一种用于noma-d2d混合系统的下行用户资源分配方法
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
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
CN107172574B (zh) 一种d2d用户对与蜂窝用户共享频谱的功率分配方法
CN107306159B (zh) 面向线型认知无线网络的能量供给优化方法
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

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