CN110536398B

CN110536398B - 基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法及系统

Info

Publication number: CN110536398B
Application number: CN201910820538.XA
Authority: CN
Inventors: 李晴; 陈宇
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2019-08-29
Filing date: 2019-08-29
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2039-08-29
Also published as: CN110536398A

Abstract

本发明实施例提供一种基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法及系统，该方法包括：根据目标网络中每个小基站的链路平均时延约束、时隙数据到达长度均值和时隙数据到达概率，获取每个小基站的目标服务质量指数；通过二分法获取每个小基站的最大服务质量指数，若目标服务质量指数小于最大服务质量指数，获取每个小基站的发送功率初始值；通过二分法对每个小基站的发送功率初始值进行处理，获取每个小基站的发送功率，根据二分法对每个小基站的发送功率进行处理，以对每个小基站的发送功率进行更新，若满足预设条件，得到目标网络中每个小基站的最优发送功率。本发明实施例降低小区之间的干扰，提高网络整体性能，使得网络资源合理分配。

Description

基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法及系统。

背景技术

随着移动互联网的迅猛发展，智能终端(例如，智能手机、平板电脑和笔记本电脑等)的日益普及，移动数据流量呈爆炸性增长。为了满足高速增长的用户数量和数据流量的需求，第五代通信系统(5G)将通过超密集组网的方式，提高网络空间资源复用程度，实现网络容量的提升，即在宏基站覆盖范围内，同时在热点区域部署微基站、微微基站和家庭基站等小基站。在多用户场景下，这些小基站通过采取下行调度方式，实现用户终端之间共享信道发送。

然而，随着这些小基站部署密度的不断增大，缩短了小基站之间距离。由于密集部署的小基站之间多采取同频复用机制，以节约稀缺的频谱资源，不可避免地会带来严重的小区间干扰问题，极大的影响了网络整体性能；同时，5G网络需要支撑具有差异化服务质量(Quality of Service，简称QoS)需求的多样化业务，在保障业务的服务质量需求的前提下，如何有效地进行功率控制，以提高系统资源的高效利用，也是目前5G网络中面临的问题。

因此，现在亟需一种基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法及系统来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法及系统。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法，包括：

根据目标网络中每个小基站的链路平均时延约束、时隙数据到达长度均值和时隙数据到达概率，获取每个小基站的目标服务质量指数，所述目标服务质量指数为满足对应链路平均时延约束的服务质量指数；

通过二分法获取每个小基站的最大服务质量指数，若所述目标服务质量指数小于最大服务质量指数，获取每个小基站的发送功率初始值；

基于每个小基站之间存在干扰的约束条件，通过二分法对每个小基站的发送功率初始值进行处理，获取每个小基站的发送功率，根据二分法对每个小基站的发送功率进行处理，以对每个小基站的发送功率进行更新，若满足预设条件，得到所述目标网络中每个小基站的最优发送功率；

其中，所述预设条件为每个小基站的有效容量等于有效带宽。

进一步地，所述根据目标网络中每个小基站的链路平均时延约束、时隙数据到达长度均值和时隙数据到达概率，获取每个小基站的目标服务质量指数，所述目标服务质量指数为满足对应链路平均时延约束的服务质量指数，包括：

根据链路平均时延公式，获取目标网络中每个小基站的目标服务质量指数，所述链路平均时延公式为：

其中，E[D_n]表示第n个小基站的链路平均时延约束，p(D_n＞t_n)表示链路时延的互补累积概率密度函数，D_n表示第n个小基站的链路平均时延，t_n表示第n个小基站的特定时延上界，

表示第n个小基站满足对应链路平均时延约束的服务质量指数，L_n表示第n个小基站的时隙数据到达长度均值，p_n表示第n个小基站的时隙数据到达概率。

进一步地，所述通过二分法获取每个小基站的最大服务质量指数，若所述目标服务质量指数小于最大服务质量指数，获取每个小基站的发送功率初始值，包括：

基于每个小基站之间不存在干扰的约束条件，根据信干噪比分布函数、有效带宽公式、有效容量公式和发送功率公式，构建最大服务质量指数公式，并通过二分法对所述最大服务质量指数公式进行求解，获取每个小基站的最大服务质量指数；

若每个小基站的目标服务质量指数小于最大服务质量指数，根据每个小基站的最大发送功率约束、目标服务质量指数、时隙数据到达长度均值、时隙数据到达概率、时隙长度和有效带宽，构建初始发送功率公式，并通过二分法对所述初始发送功率公式进行求解，获取每个小基站的发送功率初始值。

进一步地，基于每个小基站之间存在干扰的约束条件，所述通过二分法对每个小基站的发送功率初始值进行处理，获取每个小基站的发送功率，根据二分法对每个小基站的发送功率进行处理，以对每个小基站的发送功率进行更新，若满足预设条件，得到所述目标网络中每个小基站的最优发送功率，包括：

若不满足预设条件，将每个小基站的发送功率作为下一次迭代中每个小基站的发送功率新下限值，通过二分法对进行迭代处理，直到满足预设条件。

进一步地，所述信干噪比分布函数为：

其中，(P₁,...,P_N)表示N个小基站的发送功率集合，P_n,n表示第n个小基站所有链路上的用户终端接收到的有效信号平均功率，H_n,n表示第n个小基站与该小基站服务范围内用户终端之间的瑞利衰落系数，

表示除第n个小基站以外，其他所有处于工作状态的小基站的集合，i表示第i个处于工作状态的小基站，P_i,n表示第n个小基站所有链路接收到第i个小基站的干扰信号平均功率，H_i,n表示第i个小基站与第n个小基站服务范围内用户终端之间的瑞利衰落系数，|H_i,n|²表示信道增益，N₀表示噪声功率谱密度，B表示信道带宽。

进一步地，所述有效带宽公式为：

其中，u_n表示第n个小基站的服务质量指数，A_n表示第n个小基站所有链路的数据到达量，

表示矩母函数，T_s表示时隙长度。

进一步地，所述有效容量公式为：

其中，(P₁,...，P_N，u₁，...,u_N)表示N个小基站的发送功率集合和服务质量指数集合，E[·]表示期望算子，Var(·)表示方差算子，u_n表示第n个小基站的服务质量指数，C_n表示第n个小基站所有链路的服务速率。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于多维有效容量的平均时延保障功率控制系统，包括：

第一处理模块，用于根据目标网络中每个小基站的链路平均时延约束、时隙数据到达长度均值和时隙数据到达概率，获取每个小基站的目标服务质量指数，所述目标服务质量指数为满足对应链路平均时延约束的服务质量指数；

第二处理模块，用于通过二分法获取每个小基站的最大服务质量指数，若所述目标服务质量指数小于最大服务质量指数，获取每个小基站的发送功率初始值；

功率控制模块，用于基于每个小基站之间存在干扰的约束条件，通过二分法对每个小基站的发送功率初始值进行处理，获取每个小基站的发送功率，根据二分法对每个小基站的发送功率进行处理，以对每个小基站的发送功率进行更新，若满足预设条件，得到所述目标网络中每个小基站的最优发送功率；

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所提供的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所提供的方法的步骤。

本发明实施例提供的基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法及系统，应用在非连续发送技术下的超密集网络中，通过考虑5G网络内动态耦合的相互干扰和数据到达过程，降低了小区之间的干扰，提高了网络整体性能，使得网络资源得到合理分配，同时，能够更好地满足超密集网络中，时延敏感性业务的服务质量要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的基于非连续发送机制的系统示意图；

图3为本发明实施例提供的非连续发送机制的小基站工作状态转换示意图；

图4为本发明实施例提供的计算结果与仿真结果的对比示意图；

图5为本发明实施例提供的基于多维有效容量的平均时延保障功率控制系统的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的电子设备结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了满足高速增长的用户数量和数据流量的需求，第五代通信系统将通过超密集组网的方式，在宏基站覆盖范围内，同时在热点区域部署微基站、微微基站、家庭基站等小型发送基站，即小基站(small cell)。这些小基站从产品形态、发射功率和覆盖范围等方面，相比传统宏基站的规模要小很多。目前市场上对小基站的分类主要有两种分法：按照功率(覆盖范围与功率成正相关)，主要分为微基站、皮基站和家庭基站等，不同功率大小对应不同覆盖范围；按照设备形态，主要分为一体化基站和分布式基站。在5G中，以小基站为基本单位，进行超密集组网，即小基站的密集部署。由于小基站功率小，同频干扰信号之间的距离压得很低，从而可以提升单位空间内的频段密度。

目前，在多用户的超密集组网场景下，存在以下问题亟待解决：1、基站部署密度的不断增大缩短了基站之间距离，在5G实际网络部署时，密集部署的基站间多采取同频复用机制，以节约稀缺的频谱资源，这将不可避免地会带来严重的小区间干扰问题，极大的影响了网络整体性能。2、移动通信从4G发展到5G，传统蜂窝网络所承载的业务正在由传统语音和短信，向多样化的具有互联网特征的新业务类型进行拓展，5G网络需要支撑具有差异化服务质量需求的多样化业务，例如，VR业务毫秒级端对端时延需求。因此，保障业务的服务质量需求对超密集网络的分析部署提出了极大的挑战。3、在5G网络中，密集部署的基站与大量的用户终端能源消耗过多，引发资源浪费和环境污染的问题。因此，在保障业务的服务质量需求的前提下，研究有效的功率控制方案对于系统资源的高效利用具有重要的意义。

在现有的功率控制方法中，非连续发送(Discontinuous Transmission，简称DTx)机制作为超密集组网场景下降低小区间干扰，提高能源效率的有效手段之一，近年来获得了学术界和工业界广泛的关注。其核心思想是利用通信过程中数据具有非连续、突发的特点，允许基站在没有数据发送时，关闭其无线收发电路，从而进入空闲模式，达到节省能源和降低小区间干扰的目的。然而，现有的功率控制方法，未考虑非连续发送机制对于超密集网络内随机动态耦合干扰的影响，且缺乏可以进行多维度分析的有效模型搭建和高效算法设计。

本发明实施例通过5G网络的排队系统中，衡量系统服务质量的有效容量(Effective Capacity)和有效带宽(Effective Bandwidth)进行分析，从而对目标网络中每个小基站的功率进行调整控制。其中，有效容量表示满足系统服务质量要求时，系统最大的数据到达速率；有效带宽表示满足系统服务质量要求时，系统最低的服务速率。当系统的有效容量等于有效带宽时，得到系统当前的服务质量指数u^*，同时，根据有效容量和有效带宽理论，链路时延的互补累积概率密度函数为：

其中，

表示缓存队列的非空概率，

表示当前服务质量指数u^*对应的有效带宽。

图1为本发明实施例提供的基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法，包括：

步骤101，根据目标网络中每个小基站的链路平均时延约束、时隙数据到达长度均值和时隙数据到达概率，获取每个小基站的目标服务质量指数，所述目标服务质量指数为满足对应链路平均时延约束的服务质量指数。

在本发明实施例中，图2为本发明实施例提供的基于非连续发送机制的系统示意图，可参考图2所示，在5G网络中，每个小基站为各用户终端分配对应的缓冲队列，以用于存放待发送的数据包，并采用特定的调度机制进行下行信道的资源共享；同时，每个小基站采用非连续发送技术，即每个小基站存在两种状态：空闲状态和工作状态。若当前时隙下，被调度用户终端对应的缓冲队列为空，同时没有新数据到达，那么小基站会切换到空闲状态，以实现能效节约和降低干扰的目的；否则小基站将保持工作状态，进行数据传输。需要说明的是，在本发明实施例中，目标网络中每个小基站在处于工作状态时，和目标网络中其他处于工作状态的小基站，互为干扰基站，当对其中一个小基站进行功率调整控制时，可以理解该小基站为目标小基站。图3为本发明实施例提供的非连续发送机制的小基站工作状态转换示意图，可参考图3所示，小基站根据数据到达情况以及缓冲队列情况，在空闲状态和工作状态之间进行切换。

进一步地，在本发明实施例中，首先获取目标网络中的各项参数，包括噪声功率谱密度，信道带宽，时隙长度，下行调度方式，小基站服务的用户终端和其他干扰小基站之间的距离，小基站的最大发送功率，小基站的时隙数据到达长度均值和时隙数据到达概率，小基站服务的用户终端数量，以及小基站的链路平均时延约束。在获取到上述各项参数之后，根据目标网络中每个小基站的链路平均时延约束、时隙数据到达长度均值和时隙数据到达概率，通过链路平均时延公式推导得到目标网络中每个小基站满足链路平均时延约束时对应的服务质量指数，即目标服务质量指数。

步骤102，通过二分法获取每个小基站的最大服务质量指数，若所述目标服务质量指数小于最大服务质量指数，获取每个小基站的发送功率初始值。

在本发明实施例中，设置每个小基站之间不存在干扰的约束条件，使得每个小基站的发送功率等于其最大发送功率，然后通过二分法求解得到每个小基站的最大服务质量指数，并将每个小基站的最大服务质量指数和目标服务质量指数进行对比，若目标服务质量指数小于最大服务质量指数的预设条件，则表示该小基站可以进行后续功率调整控制的步骤，并通过二分法对这些满足预设条件的小基站进行求解，得到小基站的发送功率初始值。

步骤103，基于每个小基站之间存在干扰的约束条件，通过二分法对每个小基站的发送功率初始值进行处理，获取每个小基站的发送功率，根据二分法对每个小基站的发送功率进行处理，以对每个小基站的发送功率进行更新，若满足预设条件，得到所述目标网络中每个小基站的最优发送功率；

在本发明实施例中，当目标网络中的小基站处于空闲状态时，由于关闭功率放大器等发送装置，将不再对其他小基站的链路造成干扰，即在非连续发送机制下，若当前时隙下被调度链路的缓冲队列为空，同时没有新数据到达用户终端，那么该小基站会切换到空闲状态。由于干扰情况不影响数据到达用户终端的过程，因此，有效带宽将会保持不变，而有效容量受到其他小基站的发送功率影响。在本发明实施例中，针对目标网络中的多个小基站，根据上述实施例得到的每个小基站的发送功率初始值，设置每个小基站之间存在干扰的约束条件，通过二分法求解每个小基站的发送功率，并将求解得到的每个小基站的发送功率作为下一次迭代过程的发送功率新下限值，以通过二分法对每一次迭代得到的发送功率进行求解，直到满足预设条件，则得到每个小基站的最优发送功率，以使得迭代得到的最优发送功率，满足每个小基站在对应链路平均时延约束条件下，有效容量等于有效带宽，在从而对目标网络中每个小基站的发送功率进行调整控制。

具体地，在本发明一实施例中，目标网络中共有N个小基站，并用集合

进行表示。在目标网络中，第n个小基站服务J_n个用户终端，用户终端集合用

进行表示。假设在小基站和用户终端之间的无线信道中存在瑞利块衰落，同时，每个小基站所服务的各个用户终端之间的信道状态相互独立。其中，第n个小基站的发送功率为P_n，且每个小基站所服务的各个用户终端与该小基站之间的距离差忽略不计，则第n个小基站所有链路上的有效信号平均功率为P_n,n，由于存在大尺度衰落，因此，发送功率为P_n与有效信号平均功率为P_n,n之间的关系可表示为：

P_n.n＝P_n-PL_n,n＝P_n-(60+37.6lg(D_n,n))；

其中，PL_n,n表示大尺度衰落，D_n,n表示第n个小基站所服务的用户终端与该小基站之间的距离。

进一步地，集合

表示在预设时隙内，目标网络中除了第n个小基站以外的其他所有处于工作状态的小基站的集合，假设第i个小基站与第n个小基站所服务用户终端之间的距离相同，表示为D_i,n，

则第n个小基站所有链路接收到的来自第i个小基站的干扰信号平均功率表示为P_i，n，第i个小基站的发送功率P_i和干扰信号平均功率P_i，n之间的关系可表示为：

P_i.n＝P_i-PL_i,n＝P_i-(60+37.6lg(D_i,n))；

根据上述的分析假设，第n个小基站所有链路的信干噪比(signal-to-interference-plus-noise ratio，简称SINR)遵循相同的分布函数γ_n，且分布函数γ_n为小基站的有效信号功率与其他干扰小基站的干扰功率的函数，即信干噪比分布函数：

其中，(P₁，...，P_N)表示N个小基站的发送功率集合，P_n,n表示第n个小基站所有链路上的用户终端接收到的有效信号平均功率，H_n,n表示第n个小基站与该小基站服务范围内用户终端之间的瑞利衰落系数；

表示除第n个小基站以外，其他所有处于工作状态的小基站的集合；i表示第i个处于工作状态的小基站，P_i,n表示第n个小基站所有链路接收到第i个小基站的干扰信号平均功率，H_i,n表示第i个小基站与第n个小基站服务范围内用户终端之间的瑞利衰落系数，|H_i，n|²表示信道增益，满足均值为1的指数分布；N₀表示噪声功率谱密度，B表示信道带宽，N₀B表示加性高斯白噪声功率。

进一步地，对于第n个小基站每条链路服务用户终端的数据服务量

满足相同的分布函数S_n，根据香农定理可知，数据服务量的分布是关于信道带宽B，时隙长度T_s以及信干噪比分布γ_n的函数：

S_n(P₁，...，P_N)＝BT_slog₂(1+γ_n)；

同时，假设第n个小基站的时隙数据到达长度均值为L_n，且满足时隙数据到达概率为p_n(p_n∈(0,1])的伯努利过程，基于上述的分析假设可知，第n个小基站所有链路的数据到达量A_n的概率分布函数为：

其中，a表示自变量。

进一步地，目标网络中第n个小基站所有链路的平均到达速率μ_n可表示为：

μ_n＝L_np_n/T_s；

通过上述的分析步骤，从而构建了本发明实施例的非连续发送机制的系统模型，以用于进行后续的多维有效容量的分析。

进一步地，通过对传统一维有效容量理论的分析推导，从而得到基于上述实施例构建的系统模型的多维有效容量下行功率控制方法。具体地，在本发明实施例中，一维有效容量理论定义服务质量指数u表征一定的服务质量要求，其中，有效带宽为服务质量指数与数据到达过程的函数，有效容量为服务质量指数与数据服务量的函数，因此，小基站所有链路的有效带宽

和有效容量

分别为：

其中，u_n表示第n个小基站所有链路的服务质量指数，

u_n的值越大代表服务质量性能越好，

和

分别为数据到达量A_n与数据服务量分布函数S_n的矩母函数。由于上述有效容量的公式较复杂，因此，本发明实施例采用近似值估计，得到简化后的有效容量公式：

其中，C_n表示第n个小基站所有链路的服务速率，C_n＝Blog₂(1+γ_n)，E[·]表示期望算子，Var(·)表示方差算子。

进一步地，通过链路平均时延公式确定链路平均时延约束和目标服务质量指数的对应关系，从而确定有效带宽

为一确定值，而有效容量

仅与小基站发送功率有关，因此，可根据有效容量与有效带宽的等式关系，基于以下公式求解一维有效容量理论下，满足服务质量需求的每个小基站发送功率组合P₁ ^*,...,P_N ^*，即发送功率公式为：

在上述实施例的基础上，基于一维有效容量的分析，对多维有效容量理论进行推导。具体地，在本发明实施例中，首先对多维有效容量下的小基站空闲概率进行分析，当目标网络的小基站处于空闲状态时，由于关闭功率放大器等发送装置，将不再对其他小基站的链路造成干扰。因此，分析小基站空闲概率对于分析SINR分布以及后续功率控制方案有着重要意义。在非连续发送机制下，若当前时隙下被调度链路的缓冲队列为空的事件，和没有新数据的事件同时发生，那么该小基站会切换到空闲状态。考虑到上述两个事件相互独立，第n个小基站空闲概率p_{idle_n}可以表示为两个事件发生的概率乘积，即：

其中，

表示第n个小基站的缓存队列为非空的概率，p_n表示第n个小基站的时隙数据到达概率。

进一步地，目标网络中小基站的链路是否被干扰，与其他干扰小基站是否处于空闲状态有关，即小基站的SINR与其他干扰小基站空闲概率P_{idle_1},…,P_{idle_n-1},P_{idle_n+1},…,P_{idle_N}有有关。由于每个小基站的空闲概率是各自对应的目标服务质量指数

的函数，根据一维有效容量理论中简化后的有效容量公式可知，第n个小基站所有链路的服务速率的均值E[C_n]与方差Var(C_n)均为

的函数，因此，在考虑超密集网络小基站之间的干扰时，将一维有效容量理论中简化后的有效容量拓展为多维空间，得到基于多维空间的有效容量

表达式：

进一步地，在多维有效容量理论中，有效带宽的大小仅与数据到达过程有关，而不受其他干扰小基站的相互干扰影响。因此，多维有效容量理论的有效带宽表达式和一维有效容量理论的有效带宽表达式一致。

具体地，基于上述实施例对多维有效容量理论的分析可知，在多维有效容量理论中，目标网络中每个小基站之间的相互干扰不会影响有效带宽的表达式，根据有效带宽在一维有效容量理论中的性质，当时隙数据到达长度均值L_n和p_n一定时，有效带宽

是服务质量指数的单调递增函数，与小基站的发送功率P_n无关；当目标网络中其他小基站的发送功率P₁,…,P_n-1,P_n+1,…P_N一定时，有效容量

是小基站发送功率P_n的单调递增函数，是服务质量指数的单调递减函数；当服务质量指数一定时，有效容量

是其他小基站的发送功率P₁,…,P_n-1,P_n+1,…P_N的单调递减函数，是小基站的发送功率P_n的单调递增函数。

通过上述实施例的分析过程，当目标网络中每个小基站的链路平均时延约束确定后，可以获取每个小基站对应的目标服务质量指数

因此，通过求解以下方程组，得到目标网络每个小基站满足各自链路平均时延约束的功率控制方案P₁ ^*,...,P_N ^*，该方程组为：

本发明实施例提供的基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法，应用在非连续发送技术下的超密集网络中，通过考虑5G网络内动态耦合的相互干扰和数据到达过程，降低了小区之间的干扰，提高了网络整体性能，使得网络资源得到合理分配，同时，能够更好地满足超密集网络中，时延敏感性业务的服务质量要求。

在上述实施例的基础上，所述根据目标网络中每个小基站的链路平均时延约束、时隙数据到达长度均值和时隙数据到达概率，获取每个小基站的目标服务质量指数，所述目标服务质量指数为满足对应链路平均时延约束的服务质量指数，包括：

在本发明实施例中，对目标网络的每个小基站的发送功率进行分析可知，存在一个目标服务质量指数，使得每个小基站的有效容量等于有效带宽。因此，根据链路平均时延公式建立小基站的链路平均时延约束和目标服务质量指数的对应关系，从而求解得到目标服务质量指数。

在上述实施例的基础上，所述通过二分法获取每个小基站的最大服务质量指数，若所述目标服务质量指数小于最大服务质量指数，获取每个小基站的发送功率初始值，包括：

在本发明实施例中，设置每个小基站之间不存在干扰的约束条件，即第n个小基站所有链路接收到第i个小基站的干扰信号平均功率P_i，n＝0。此时，第n个小基站和其服务的用户终端之间的有效容量，仅与小基站的发送功率P_n以及服务质量指数u_n有关。当小基站的发送功率P_n等于最大发送功率P_n ^max时，根据信干噪比分布函数、有效带宽公式、有效容量公式和发送功率公式，构建最大服务质量指数公式：

根据有效容量公式：

可知，当u_n→0时，有效容量

趋于遍历容量E[C_n]，而根据洛必达法则，有效带宽

趋近于平均到达速率μ_n。为了保障每个小基站的链路队列稳定性，遍历容量必须小于平均到达速率，因此，

当

时，有效容量

趋于有限值，有效带宽

则趋于无穷大，因此，

根据上述实施例对多维有效容量的分析，有效带宽

是服务质量指数的单调递增函数，有效容量

是服务质量的单调递减函数。因此，可以通过二分法在

范围内进行求解，得唯一解最大服务质量指数

使得有效带宽等于有效容量，且由于此时发送功率最大，此时得到的

是第n个小基站能实现的服务质量指数最大值。若

那么在该最大发送功率约束下，无法求解符合该服务质量；若

则进行后续步骤。

进一步地，当

则根据目标网络中每个小基站的最大发送功率约束、目标服务质量指数、时隙数据到达长度均值、时隙数据到达概率、时隙长度和有效带宽，构建初始发送功率公式：

由于

且有效容量

是发送功率P_n的单调递增函数，因此可以通过二分法在[0，P_n ^max)范围内求得唯一解，即初始发送功率P_n ⁽⁰⁾，从而获取目标网络中每个小基站的初始发送功率P₁ ⁽⁰⁾，P₂ ⁽⁰⁾，…，P_N ⁽⁰⁾。

在上述实施例的基础上，基于每个小基站之间存在干扰的约束条件，所述通过二分法对每个小基站的发送功率初始值进行处理，获取每个小基站的发送功率，根据二分法对每个小基站的发送功率进行处理，以对每个小基站的发送功率进行更新，若满足预设条件，得到所述目标网络中每个小基站的最优发送功率，包括：

在本发明实施例中，在多维有效容量理论下，目标网络中每个小基站之间存在相互干扰，由于干扰情况不影响数据到达的过程，因此，有效带宽

保持不变。此时，每个小基站的有效容量与其他小基站的发送功率有关，且其他小基站的干扰造成信干噪比降低，影响服务速率，使得有效容量

变小，即

因此，

根据上述实施例的多维有效容量理论分析，当其他小基站发送功率一定时，有效容量

是发送功率P_n的单调递增函数，因此可以通过二分法在(P_n ⁽⁰⁾，P_n ^max)范围内求得唯一解P_n ⁽¹⁾＞P_n ⁽⁰⁾，使得：

从而获取本轮迭代过程中的每个小基站的发送功率，在进行k轮迭代之后，判断是否满足预设条件，若满足，获取目标网络每个小基站发送功率P₁ ^*，...，P_N ^*，使得对于任意的小基站

都满足该小基站在对应链路平均时延约束下的有效容量等于有效带宽，即：

若不满足，则将当前迭代得到的每个小基站的发送功率，作为下一轮迭代的发送功率新下限值进行迭代求解。

在上述实施例的基础上，通过对每轮迭代求解的第n个小基站的发送功率

所构成的序列(P_n)进行分析可知，序列(P_n)是一个严格单调递增序列，同时已知该序列存在上限P_n ^max。因此，序列(P_n)将收敛至唯一值P_n ^*。

在本发明又一实施例中，通过目标网络中每个小基站的参数，结合上述的基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法，进行说明。具体地，目标网络中的小基站参数为：假设目标网络中共4个小基站，即N＝4；噪声功率谱密度N₀＝-174dBm/Hz；信道带宽B＝180kHz；时隙长度T_s＝1ms；每个小基站与各自服务范围内的用户终端之间的距离D_n，n，依次为D_1，1＝D_2，2＝D_3，3＝D_4，4＝100m；每个小基站服务范围内的用户终端与其他小基站之间的距离D_i，n，依次为D_1，2＝D_2，1＝3.8km，D_3，3＝D_4，4＝4km；每个小基站的最大发送功率为P₁ ^max＝P₂ ^mamax＝P₃ ^max＝P₄ ^max＝23dBm；每个小基站的时隙数据到达长度均值为L₁＝2000bit，L₂＝1000bit，L₂＝1500bit，L₂＝1200bit；每个小基站的时隙数据到达速率为p₁＝p₂＝p₃＝p₄＝0.1；每个小基站所服务的用户终端数量为J₁＝3，J₂＝2，J₃＝3，J₄＝3，其下行调度方式均采用Round Robin轮训制度；每个小基站的链路平均时延约束为E[D₁]＝25ms，E[D₂]＝3ms，E[D₃]＝12ms，E[D₄]＝15ms。

进一步地，在已知上述各项参数之后，根据链路平均时延公式，计算得到每个小基站的目标服务质量指数u_n ^*，即通过公式：

得到u₁ ^*＝1.439×10^-4，u₂ ^*＝7.677×10^-4，u₃ ^*＝3.0549×10^-4，u₄ ^*＝3.477×10^-4。

然后，将上述各项参数代入到相应的公式中进行求解，最终得到目标网络中满足各个小基站的链路平均时延约束的发送功率组合，得到P₁ ^*＝P₂ ^*＝P₃ ^*＝P₄ ^*＝-37.68dBm。

为验证上述实施例的正确性，将上述实施例得到的发送功率组合作为已知量，基于多维有效容量构建有效容量等于有效带宽的方程组，计算对应的目标服务质量指数，并进一步通过蒙特卡洛法，将时延分布仿真结果与计算结果作进行对比，图4为本发明实施例提供的计算结果与仿真结果的对比示意图，可参考图4所示，本发明实施例在非连续发送机制下的超密集网络中，可以精确获取平均时延约束下的各个小基站发送功率的最优控制调整方案。

图5为本发明实施例提供的基于多维有效容量的平均时延保障功率控制系统的结构示意图，如图5所示，本发明实施例提供了一种基于多维有效容量的平均时延保障功率控制系统，包括第一处理模块501、第二处理模块502和功率控制模块503，其中，第一处理模块501用于根据目标网络中每个小基站的链路平均时延约束、时隙数据到达长度均值和时隙数据到达概率，获取每个小基站的目标服务质量指数，所述目标服务质量指数为满足对应链路平均时延约束的服务质量指数；第二处理模块502用于通过二分法获取每个小基站的最大服务质量指数，若所述目标服务质量指数小于最大服务质量指数，获取每个小基站的发送功率初始值；功率控制模块503用于基于每个小基站之间存在干扰的约束条件，通过二分法对每个小基站的发送功率初始值进行处理，获取每个小基站的发送功率，根据二分法对每个小基站的发送功率进行处理，以对每个小基站的发送功率进行更新，若满足预设条件，得到所述目标网络中每个小基站的最优发送功率；其中，所述预设条件为每个小基站的有效容量等于有效带宽。

本发明实施例提供的基于多维有效容量的平均时延保障功率控制系统，应用在非连续发送技术下的超密集网络中，通过考虑5G网络内动态耦合的相互干扰和数据到达过程，降低了小区之间的干扰，提高了网络整体性能，使得网络资源得到合理分配，同时，能够更好地满足超密集网络中，时延敏感性业务的服务质量要求。

本发明实施例提供的系统是用于执行上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。

图6为本发明实施例提供的电子设备结构示意图，参照图6，该电子设备可以包括：处理器(processor)601、通信接口(Communications Interface)602、存储器(memory)603和通信总线604，其中，处理器601，通信接口602，存储器603通过通信总线604完成相互间的通信。处理器601可以调用存储器603中的逻辑指令，以执行如下方法：根据目标网络中每个小基站的链路平均时延约束、时隙数据到达长度均值和时隙数据到达概率，获取每个小基站的目标服务质量指数，所述目标服务质量指数为满足对应链路平均时延约束的服务质量指数；通过二分法获取每个小基站的最大服务质量指数，若所述目标服务质量指数小于最大服务质量指数，获取每个小基站的发送功率初始值；基于每个小基站之间存在干扰的约束条件，通过二分法对每个小基站的发送功率初始值进行处理，获取每个小基站的发送功率，根据二分法对每个小基站的发送功率进行处理，以对每个小基站的发送功率进行更新，若满足预设条件，得到所述目标网络中每个小基站的最优发送功率；其中，所述预设条件为每个小基站的有效容量等于有效带宽。

此外，上述的存储器603中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法，例如包括：根据目标网络中每个小基站的链路平均时延约束、时隙数据到达长度均值和时隙数据到达概率，获取每个小基站的目标服务质量指数，所述目标服务质量指数为满足对应链路平均时延约束的服务质量指数；通过二分法获取每个小基站的最大服务质量指数，若所述目标服务质量指数小于最大服务质量指数，获取每个小基站的发送功率初始值；基于每个小基站之间存在干扰的约束条件，通过二分法对每个小基站的发送功率初始值进行处理，获取每个小基站的发送功率，根据二分法对每个小基站的发送功率进行处理，以对每个小基站的发送功率进行更新，若满足预设条件，得到所述目标网络中每个小基站的最优发送功率；其中，所述预设条件为每个小基站的有效容量等于有效带宽。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法，其特征在于，包括：

其中，所述预设条件为每个小基站的有效容量等于有效带宽；

所述根据目标网络中每个小基站的链路平均时延约束、时隙数据到达长度均值和时隙数据到达概率，获取每个小基站的目标服务质量指数，所述目标服务质量指数为满足对应链路平均时延约束的服务质量指数，包括：

2.根据权利要求1所述的基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法，其特征在于，所述通过二分法获取每个小基站的最大服务质量指数，若所述目标服务质量指数小于最大服务质量指数，获取每个小基站的发送功率初始值，包括：

3.根据权利要求1所述的基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法，其特征在于，基于每个小基站之间存在干扰的约束条件，所述通过二分法对每个小基站的发送功率初始值进行处理，获取每个小基站的发送功率，根据二分法对每个小基站的发送功率进行处理，以对每个小基站的发送功率进行更新，若满足预设条件，得到所述目标网络中每个小基站的最优发送功率，包括：

4.根据权利要求2所述的基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法，其特征在于，所述信干噪比分布函数为：

5.根据权利要求2所述的基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法，其特征在于，所述有效带宽公式为：

表示矩母函数，T_s表示时隙长度。

6.根据权利要求2所述的基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法，其特征在于，所述有效容量公式为：

其中，(P₁,...,P_N,u₁,...,u_N)表示N个小基站的发送功率集合和服务质量指数集合，E[·]表示期望算子，Var(·)表示方差算子，u_n表示第n个小基站的服务质量指数，C_n表示第n个小基站所有链路的服务速率，T_s表示时隙长度。

7.一种基于多维有效容量的平均时延保障功率控制系统，其特征在于，包括：

所述第一处理模块具体用于：

8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法的步骤。

9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述基于多维有效容量的平均时延保障功率控制方法的步骤。