CN112994870B - 面向全双工d2d通信的电力设备发送功率优化方法及装置 - Google Patents

面向全双工d2d通信的电力设备发送功率优化方法及装置 Download PDF

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CN112994870B CN202110548816.8A CN202110548816A CN112994870B CN 112994870 B CN112994870 B CN 112994870B CN 202110548816 A CN202110548816 A CN 202110548816A CN 112994870 B CN112994870 B CN 112994870B
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Abstract

本发明公开了一种面向全双工D2D通信的电力设备发送功率优化方法，该方法应用于电力设备间采用D2D技术同时向对方传输数据的场景。本发明考虑电力设备D 1和D 2间的低通信时延要求、D2D通信对蜂窝用户通信的干扰限制、及电力设备D 1和D 2的发射功率限制，以电力设备D 1和D 2间双向通信时延差最小化为目标，求解目标获得电力设备D 1和D 2最优的发送功率，本发明最小化电力设备间进行全双工D2D通信的时延差，显著提高了全双工D2D信息交互模式下的时延对称性。

Description

面向全双工D2D通信的电力设备发送功率优化方法及装置
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种面向全双工D2D通信时延对称的电力设备发送功率优化方法，还涉及一种面向全双工D2D通信时延对称的电力设备发送功率优化装置。
背景技术
随着无线移动通信的快速发展，人们对于宽带资源的需求日益增长，然而，无线电频谱作为一种不可再生的稀缺资源，其供给非常有限且频谱资源的利用率不高，在此背景下，设备到设备(D2D)通信技术应运而生。
设备到设备(D2D)技术允许相邻的设备直接通信，而不依赖基站的参与，具有速率快、延迟小、覆盖广等特点，对泛在电力物联网等智能电网应用的发展将至关重要。
在现有的D2D传输方案中，电力设备采用最大功率来发送信号，尽管这样会有更低的传输时延，但由于同频传输技术的特性，当基站范围内的设备较多时，将会对蜂窝用户造成较大影响，同时对能量的消耗也较大。而且当蜂窝用户与两个电力设备的距离差较大时，全双工D2D传输和上行链路同时同频传输产生的同频干扰，会严重影响电力设备的时延对称性，进而影响到智能电网的运行效率和稳定性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种面向全双工D2D通信时延对称的电力设备发送功率优化方法，要解决的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案。
第一方面，本发明提供了一种面向全双工D2D通信时延对称的电力设备发送功率优化方法，所述全双工D2D通信系统包括基站BS、蜂窝用户U、以及电力设备D 1和D 2，其中电力设备D 1和D 2间采用全双工D2D通信技术进行信息交互，其通信频段与蜂窝用户通信频段相同；所述电力设备D 1和D 2发送功率优化过程为：
获取用户U到电力设备D 1和D 2、基站BS到电力设备D 1和D 2以及电力设备D 1和D 2间的信道状态信息，计算电力设备D 1至D 2间的通信时延和电力设备D 2至D 1间的通信时延；
考虑电力设备D 1和D 2间的低通信时延要求、D2D通信对蜂窝用户通信的干扰限制、及电力设备D 1和D 2的发射功率限制，以电力设备D 1和D 2间双向通信时延差最小化为目标，求解目标获得电力设备D 1和D 2最优的发送功率，实现电力设备D 1和D 2间的双向通信时延对称。
可选地，所述计算电力设备D 1至D 2间的通信时延和电力设备D 2至D 1间的通信时延，包括：
电力设备D 1接收信号
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
的表达式为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
（1）
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
分别为电力设备D 2和用户U的信号发送功率，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
为电力设备D 2与D 1间的信道参数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
为用户U与电力设备D 1间的信道参数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
电力设备D 2的发送信号，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
为用户U的发送信号，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
为电力设备D 1的自干扰信号，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
代表电力设备D 1的加性高斯白噪声，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE024
单边噪声功率谱密度，B为系统带宽；
根据公式（1），电力设备D 1的信干噪比SINR可表示为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE026
（2）
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE028
为电力设备D 1的自干扰系数，电力设备D 1采用自干扰消除技术后，可得信干噪比SINR为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE030
（3）
电力设备D 2接收信号
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE032
的表达式为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE034
（4）
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE036
为电力设备D 1的信号发送功率，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE038
为电力设备D 1与D 2间的信道参数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE040
为用户U与电力设备D 2间的信道参数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE042
为电力设备D 1的发送信号，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE044
为电力设备D 2的自干扰信号，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE046
代表电力设备D 2的加性高斯白噪声，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE048
；
根据公式（4），电力设备D 2的信干噪比SINR可表示为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE050
（5）
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE052
为电力设备D 2的自干扰系数，电力设备D 2采用自干扰消除技术后，可得信干噪比SINR为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE054
（6）
因此， 根据公式（3）和公式（6）知电力设备D 1到D 2和电力设备D 2到D 1的传输速率为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE056
（7）
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE058
（8）
则电力设备D 1到D 2和电力设备D 2到D 1的传输时延为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE060
（9）
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE062
（10）
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE066
分别为电力设备D 1到D 2、电力设备D 2到D 1文件传输的数据包大小。
可选地，所述考虑电力设备D 1和D 2间的低通信时延要求、D2D通信对蜂窝用户通信的干扰限制、及电力设备D 1和D 2的发射功率限制，以电力设备D 1和D 2间双向通信时延差最小化为目标，包括：
电力设备D 1到D 2和电力设备D 2到D 1的传输时延设置限制条件
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE070
为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE072
（11）
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE074
（12）
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE076
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE078
分别为传输时延
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE080
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE082
的业务最大限制；
基于信道小尺度衰落的随机性，考虑将信道的统计特性作为约束：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE084
（13）
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE086
（14）
其中，E{}代表均值，即统计特性；公式（13）、（14）是经过公式（9）-（12）推导得到的；
由于D2D通信频段与蜂窝通信频段相同，基站BS接收信号
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE088
的表达式为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE090
（15）
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE092
为电力设备D 1与基站BS间的信道参数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE094
为电力设备D 2与基站BS间的信道参数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE096
为用户U与基站BS间的信道参数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE098
代表基站BS的加性高斯白噪声，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE100
；
根据公式（15），基站BS处的接收信干噪比SINR可表示为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE102
（16）
为了不影响蜂窝通信质量，限定基站BS处的接收信干噪比应不小于阈值
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE104
，即限制条件
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE106
为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE108
（17）
即：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE110
（18）
基于信道小尺度衰落的随机性，考虑将信道的统计特性作为约束：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE112
（19）
另外，由于电力设备发送功率限制，限制条件
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE114
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE116
为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE118
（20）
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE120
（21）
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE122
为电力设备D 1的最大功率限制，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE124
为电力设备D 2的最大功率限制；
基于上述考虑，构造面向全双工D2D通信时延对称的功率优化问题如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE126
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE128
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE130
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE132
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE134
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE136
（22）
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE138
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE140
代表电力设备D 1和D 2的最优发送功率，目标函数表达式的含义为将
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE142
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE144
作为参数进行优化，最小化时延
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE146
与
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE148
的差值。
可选地，所述求解目标获得电力设备D 1和D 2最优的发送功率，包括：
将优化目标改写为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE150
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE152
时的两个子优化问题；
对两个子优化函数，分别采用一维搜索获取初始可行解；
根据初始可行解利用CVX工具包进行迭代，对两个子问题独立求解；
比较两个子优化函数迭代后的目标函数最优值，并取其中较小者为整体最优解，此目标函数最优值对应的电力设备D 1和D 2的功率为最优的发送功率。
可选地，所述两个子优化问题分别为：
当
Figure 754216DEST_PATH_IMAGE150
时优化函数为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE154
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE156
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE158
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE160
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE162
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE164
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE166
（26）
鉴于目标函数是典型的双凸优化问题，将使用一阶泰勒展开公式将非凸问题转为凸问题；具体地，将T 2表达式进行一阶泰勒展开得到：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE168
（27）
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE170
为优化函数的一个可行解；可将优化问题转化为最小化
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE172
的上界，即求解下述优化问题：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE174
（28）
当
Figure 493634DEST_PATH_IMAGE152
时，同理可得优化函数为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE176
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE178
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE180
（29）
以上两个优化函数即为两个子优化问题。
第二方面，本发明还提供了一种面向全双工D2D通信时延对称的电力设备发送功率优化装置，所述全双工D2D通信系统包括基站BS、蜂窝用户U、以及电力设备D 1和D 2，其中电力设备D 1和D 2间采用全双工D2D通信技术进行信息交互，其通信频段与蜂窝用户通信频段相同；所述电力设备D 1和D 2发送功率优化装置包括：
通信时延计算模块，用于获取用户U到电力设备D 1和D 2、基站到电力设备D 1和D 2以及电力设备D 1和D 2间的信道状态信息，计算电力设备D 1至D 2间的通信时延和电力设备D 2至D 1间的通信时延；
发送功率优化模块，用于考虑电力设备D 1和D 2间的低通信时延要求、D2D通信对蜂窝用户通信的干扰限制、及电力设备D 1和D 2的发射功率限制，以电力设备D 1和D 2间双向通信时延差最小化为目标，求解目标获得电力设备D 1和D 2最优的发送功率，实现电力设备D 1和D 2间的双向通信时延对称。
此装置中各模块的具体实现方案与上述方法的各步骤处理过程相同，此处不再重复描述。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：基于全双工D2D传输和上行链路同时同频传输产生同频干扰的条件下，通过优化电力设备的发送信号功率，显著减小了全双工D2D传输数据时延差。
附图说明
图1为本发明实施例的一种面向全双工D2D通信时延对称的电力设备发送功率优化方法的系统模型图；
图2为本发明实施例的一种面向全双工D2D通信时延对称的电力设备发送功率优化方法的流程示意图；
图3为全双工D2D信息交互D1到D2间的距离与信息交互时延差的关系对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，在本发明实例的系统模型中，全双工D2D通信系统包括基站(BaseStation, BS)、蜂窝用户U、以及电力设备D 1和D 2，其中电力设备D 1和D 2均配备有两根独立的天线，一根用于发射信号，一根用于接收信号。电力设备D 1和D 2间采用全双工D2D通信技术进行信息交互，其通信频段与蜂窝用户通信频段相同。图中f为通信所用频段。
本发明实施例提供了一种面向全双工D2D通信时延对称的电力设备发送功率优化方法，如图2所示，该优化方法包括以下步骤：
步骤A：获取用户U到基站BS、获取用户U到电力设备D 1和D 2、基站BS到电力设备D 1和D 2以及电力设备D 1和D 2间的信道状态信息，并计算电力设备D 1至D 2间的通信时延和电力设备D 2至D 1间的通信时延；
对于电力设备间的全双工D2D信息交互链路以及蜂窝用户与电力设备间的信息干扰链路，本发明考虑由路径损耗和小尺度衰落作为信道参数的信道模型，即两个设备间的信道参数通用表达式为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE182
；其中，i，j代表的设备有基站、蜂窝用户、电力设备D 1、电力设备D 2，且
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE184
。
Figure DEST_PATH_IMAGE186
为 i 到 j 的信道参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE188
为 i 到 j 的路径损耗，
Figure DEST_PATH_IMAGE190
为路径损耗系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE192
为小尺度衰落。
例如，i为电力设备D 2，j为电力设备D 1时，
Figure 502082DEST_PATH_IMAGE010
为电力设备D 2与D 1间的信道参数，以下类推。
电力设备D 1接收信号
Figure 590124DEST_PATH_IMAGE002
的表达式为：
Figure 935786DEST_PATH_IMAGE004
（1）
其中，
Figure 400265DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 272406DEST_PATH_IMAGE008
分别为电力设备D 2和用户U的信号发送功率，
Figure 531349DEST_PATH_IMAGE010
为电力设备D 2与D 1间的信道参数，
Figure 613575DEST_PATH_IMAGE012
为用户U与电力设备D 1间的信道参数，
Figure 616166DEST_PATH_IMAGE014
电力设备D 2的发送信号，
Figure 342813DEST_PATH_IMAGE016
为用户U的发送信号，
Figure 772658DEST_PATH_IMAGE018
为电力设备D 1的自干扰信号，
Figure 279862DEST_PATH_IMAGE020
代表电力设备D 1的加性高斯白噪声，
Figure 132150DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 41200DEST_PATH_IMAGE024
单边噪声功率谱密度，B为系统带宽；
根据公式（1），电力设备D 1的信干噪比SINR可表示为：
Figure 579629DEST_PATH_IMAGE026
（2）
其中，
Figure 574129DEST_PATH_IMAGE028
为电力设备D 1的自干扰系数，电力设备D 1采用自干扰消除技术后，存在自干扰系数的干扰项变为0，在D2D通信时就可以忽略对端干扰，使得D2D通信双方可以采用同一频段收发信息，有利于节约频谱资源。可得信干噪比SINR为：
Figure 980840DEST_PATH_IMAGE030
（3）
电力设备D 2接收信号
Figure 478817DEST_PATH_IMAGE032
的表达式为：
Figure 719306DEST_PATH_IMAGE034
（4）
其中，
Figure 669944DEST_PATH_IMAGE036
为电力设备D 1的信号发送功率，
Figure 818029DEST_PATH_IMAGE038
为电力设备D 1与D 2间的信道参数，
Figure 249141DEST_PATH_IMAGE040
为用户U与电力设备D 2间的信道参数，
Figure 457269DEST_PATH_IMAGE042
为电力设备D 1的发送信号，
Figure 98466DEST_PATH_IMAGE044
为电力设备D 2的自干扰信号，
Figure 784662DEST_PATH_IMAGE046
代表电力设备D 2的加性高斯白噪声，
Figure 585128DEST_PATH_IMAGE048
；
根据公式（4），电力设备D 2的信干噪比SINR可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE193
（5）
其中，
Figure 964157DEST_PATH_IMAGE052
为电力设备D 2的自干扰系数，电力设备D 2采用自干扰消除技术后，可得信干噪比SINR为：
Figure 92650DEST_PATH_IMAGE054
（6）
因此， 根据公式（3）和公式（6）知电力设备D 1到D 2和电力设备D 2到D 1的传输速率为：
Figure 582537DEST_PATH_IMAGE056
（7）
Figure 221197DEST_PATH_IMAGE058
（8）
则电力设备D 1到D 2和电力设备D 2到D 1的传输时延为：
Figure DEST_PATH_IMAGE194
（9）
Figure 239969DEST_PATH_IMAGE062
（10）
其中，
Figure 980392DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 273970DEST_PATH_IMAGE066
分别为电力设备D 1到D 2、电力设备D 2到D 1文件传输的数据包大小。
步骤B：考虑电力设备D 1和D 2间的低通信时延要求、D2D通信对蜂窝用户通信的干扰限制、及电力设备D 1和D 2的发射功率限制，建立面向电力设备D 1和D 2间双向通信时延对称的功率优化问题；
考虑到智能电网业务对信息传输时延有较高的要求，基于此，对电力设备D 1到D 2和电力设备D 2到D 1的传输时延设置限制条件
Figure 658815DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure 114067DEST_PATH_IMAGE070
为：
Figure 92518DEST_PATH_IMAGE072
（11）
Figure 924208DEST_PATH_IMAGE074
（12）
其中，
Figure 225877DEST_PATH_IMAGE076
和
Figure 55292DEST_PATH_IMAGE078
分别为传输时延
Figure 770307DEST_PATH_IMAGE080
和
Figure 405688DEST_PATH_IMAGE082
的业务最大限制；
基于信道小尺度衰落的随机性，考虑将信道的统计特性作为约束：
Figure DEST_PATH_IMAGE195
（13）
Figure 342289DEST_PATH_IMAGE086
（14）
其中，E{}代表均值，即统计特性；公式（13）（14）是经过公式（9）（10）（11）（12）推导得到的；
由于D2D通信频段与蜂窝通信频段相同，基站BS接收信号
Figure 404923DEST_PATH_IMAGE088
的表达式为：
Figure 217021DEST_PATH_IMAGE090
（15）
其中，
Figure 390513DEST_PATH_IMAGE092
为电力设备D 1与基站BS间的信道参数，
Figure 994670DEST_PATH_IMAGE094
为电力设备D 2与基站BS间的信道参数，
Figure 228205DEST_PATH_IMAGE096
为用户U与基站BS间的信道参数，
Figure 527600DEST_PATH_IMAGE098
代表基站BS的加性高斯白噪声，
Figure 504783DEST_PATH_IMAGE100
；
根据公式（15），基站BS处的接收信干噪比SINR可表示为：
Figure 448599DEST_PATH_IMAGE102
（16）
为了不影响蜂窝通信质量，限定基站BS处的接收信干噪比应不小于阈值
Figure 853036DEST_PATH_IMAGE104
，即限制条件
Figure 639726DEST_PATH_IMAGE106
为：
Figure 155021DEST_PATH_IMAGE108
（17）
即：
Figure 468191DEST_PATH_IMAGE110
（18）
基于信道小尺度衰落的随机性，考虑将信道的统计特性作为约束：
Figure DEST_PATH_IMAGE196
（19）
另外，由于电力设备发送功率限制，限制条件
Figure 43529DEST_PATH_IMAGE114
和
Figure 317515DEST_PATH_IMAGE116
为：
Figure 636501DEST_PATH_IMAGE118
（20）
Figure DEST_PATH_IMAGE197
（21）
其中，
Figure 319024DEST_PATH_IMAGE122
为电力设备D 1的最大功率限制，
Figure 2946DEST_PATH_IMAGE124
为电力设备D 2的最大功率限制；
基于上述考虑，构造面向全双工D2D通信时延对称的功率优化问题如下：
Figure 560967DEST_PATH_IMAGE126
Figure 745960DEST_PATH_IMAGE128
Figure 705826DEST_PATH_IMAGE130
Figure 560650DEST_PATH_IMAGE132
Figure 871545DEST_PATH_IMAGE134
Figure 345383DEST_PATH_IMAGE136
（22）
其中，
Figure 159755DEST_PATH_IMAGE138
和
Figure 451059DEST_PATH_IMAGE140
代表电力设备D 1和D 2的最优发送功率，目标函数表达式的含义为将
Figure 983672DEST_PATH_IMAGE142
和
Figure 510468DEST_PATH_IMAGE144
作为参数进行优化，最小化时延
Figure 179347DEST_PATH_IMAGE146
与
Figure 641552DEST_PATH_IMAGE148
的差值。
步骤C：设计一种优化算法，通过优化电力设备D 1和D 2的发送功率，最小化电力设备间进行全双工D2D通信的时延差，实现电力设备D 1和D 2间的双向通信时延对称。对称就是两个时延尽可能地相同，子问题的目标函数是最小化两个时延的差即体现出此要求。
对于限制条件
Figure 661461DEST_PATH_IMAGE068
和
Figure 975636DEST_PATH_IMAGE070
，根据
Figure DEST_PATH_IMAGE199
（23）
可得：
Figure DEST_PATH_IMAGE201
（24）
Figure DEST_PATH_IMAGE203
（25）
考虑到问题的复杂性，将优化问题改写为两个子优化问题。这两个子问题代表在两种不同的限制条件（
Figure 233442DEST_PATH_IMAGE150
）和（
Figure 991183DEST_PATH_IMAGE152
）下去求解同一个优化问题，最终只需要取这两个子问题里面的一个作为最终解即可。
两个子优化问题分别为：
当
Figure 232808DEST_PATH_IMAGE150
时优化函数为：
Figure 976773DEST_PATH_IMAGE154
Figure 885823DEST_PATH_IMAGE156
Figure 299618DEST_PATH_IMAGE158
Figure 294119DEST_PATH_IMAGE160
Figure 576196DEST_PATH_IMAGE162
Figure 339753DEST_PATH_IMAGE164
Figure 173716DEST_PATH_IMAGE166
（26）
下面以第一个子优化问题为例（即
Figure 389934DEST_PATH_IMAGE150
）设计优化算法，第二个子优化问题类似。鉴于目标函数是典型的双凸优化（D.C.）问题，将使用一阶泰勒展开公式将非凸问题转为凸问题。具体地，将T 2表达式进行一阶泰勒展开得到：
Figure 538019DEST_PATH_IMAGE168
（27）
其中，
Figure 93765DEST_PATH_IMAGE170
为优化函数的一个可行解；可将优化问题转化为最小化
Figure 301892DEST_PATH_IMAGE172
的上界，即求解下述优化问题：
Figure 316991DEST_PATH_IMAGE174
（28）
当
Figure 3187DEST_PATH_IMAGE152
时，同理可得优化函数为：
Figure 679019DEST_PATH_IMAGE176
Figure 792468DEST_PATH_IMAGE178
Figure 45595DEST_PATH_IMAGE180
（29）
以上两个优化函数即为两个子优化问题。对于此问题，设计一种迭代优化算法并利用CVX软件包对凸问题（两个子问题）进行求解，求解得到最优时延差。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步阐述：
本实施例通过MATLAB仿真实现，在仿真中设定无线信道相互独立，信道服从瑞利衰落。设置D2D通信的设备间距离为[100,300]米，设备任务量大小
Figure DEST_PATH_IMAGE205
和
Figure DEST_PATH_IMAGE207
的取值为512比特，带宽B为1MHz。电力设备的发送功率为[0,10]瓦，热噪声功率谱密度为-174dBm/Hz。通信时延限制
Figure DEST_PATH_IMAGE209
与
Figure DEST_PATH_IMAGE211
为10毫秒，蜂窝网络用户的上行链路最小信噪比限制
Figure DEST_PATH_IMAGE213
为20dB。蜂窝网络用户设备的发送功率
Figure DEST_PATH_IMAGE215
为2瓦。图3为全双工D2D信息交互D1到D2间的距离与信息交互时延差的关系对比示意图，从图中可以得出，经过功率优化后的电力设备D2D信息交互时延差要远远小于传统D2D方案下的时延差。
本实施例的方法流程如图2所示：
1）获取各设备间的信道增益，基于系统模型建立D2D通信设备时延差的优化函数；
2）考虑到优化函数的复杂性，将优化函数分解为两个子优化函数，并分别采用一维搜索（遍历整个可行域，找到一个可行解即停止遍历）获取初始可行解；
3）根据初始可行解利用CVX工具包进行迭代，两个子问题独立求解；
4）若满足收敛准则，则迭代结束。否则使用求得的
Figure DEST_PATH_IMAGE217
作为新的初始可行解
Figure DEST_PATH_IMAGE219
，继续执行步骤3）；
5）比较两个子优化函数迭代后的目标函数最优值，并取其中较小者为整体最优解，此目标函数最优值对应的电力设备的功率为最优发送功率。
本发明的有益效果为：通过对电力设备的发送功率进行优化，显著提升了电力设备间进行D2D信息交互的时延对称性。
实施例2
基于与实施例1同样的发明构思，本发明的一种面向全双工D2D通信时延对称的电力设备发送功率优化装置，所述全双工D2D通信系统包括基站BS、蜂窝用户U、以及电力设备D 1和D 2，其中电力设备D 1和D 2间采用全双工D2D通信技术进行信息交互，其通信频段与蜂窝用户通信频段相同；所述电力设备D 1和D 2发送功率优化装置包括：
通信时延计算模块，用于获取用户U到电力设备D 1和D 2、基站到电力设备D 1和D 2以及电力设备D 1和D 2间的信道状态信息，计算电力设备D 1至D 2间的通信时延和电力设备D 2至D 1间的通信时延；
发送功率优化模块，用于考虑电力设备D 1和D 2间的低通信时延要求、D2D通信对蜂窝用户通信的干扰限制、及电力设备D 1和D 2的发射功率限制，以电力设备D 1和D 2间双向通信时延差最小化为目标，求解目标获得电力设备D 1和D 2最优的发送功率，实现电力设备D 1和D 2间的双向通信时延对称。
可选的，所述通信时延计算模块中，所述计算电力设备D 1至D 2间的通信时延和电力设备D 2至D 1间的通信时延，包括：
电力设备D 1接收信号
Figure 145269DEST_PATH_IMAGE002
的表达式为：
Figure 737925DEST_PATH_IMAGE004
（1）
其中，
Figure 225538DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 903644DEST_PATH_IMAGE008
分别为电力设备D 2和用户U的信号发送功率，
Figure 243227DEST_PATH_IMAGE010
为电力设备D 2与D 1间的信道参数，
Figure 690389DEST_PATH_IMAGE012
为用户U与电力设备D 1间的信道参数，
Figure 145641DEST_PATH_IMAGE014
电力设备D 2的发送信号，
Figure 248726DEST_PATH_IMAGE016
为用户U的发送信号，
Figure 80416DEST_PATH_IMAGE018
为电力设备D 1的自干扰信号，
Figure 444401DEST_PATH_IMAGE020
代表电力设备D 1的加性高斯白噪声，
Figure 336134DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 926515DEST_PATH_IMAGE024
单边噪声功率谱密度，B为系统带宽；
根据公式（1），电力设备D 1的信干噪比SINR可表示为：
Figure 296317DEST_PATH_IMAGE026
（2）
其中，
Figure 531120DEST_PATH_IMAGE028
为电力设备D 1的自干扰系数，电力设备D 1采用自干扰消除技术后，可得信干噪比SINR为：
Figure 593754DEST_PATH_IMAGE030
（3）
电力设备D 2接收信号
Figure 405852DEST_PATH_IMAGE032
的表达式为：
Figure 579345DEST_PATH_IMAGE034
（4）
其中，
Figure 855605DEST_PATH_IMAGE036
为电力设备D 1的信号发送功率，
Figure 151457DEST_PATH_IMAGE038
为电力设备D 1与D 2间的信道参数，
Figure 513169DEST_PATH_IMAGE040
为用户U与电力设备D 2间的信道参数，
Figure 162456DEST_PATH_IMAGE042
为电力设备D 1的发送信号，
Figure 558802DEST_PATH_IMAGE044
为电力设备D 2的自干扰信号，
Figure 274823DEST_PATH_IMAGE046
代表电力设备D 2的加性高斯白噪声，
Figure 123830DEST_PATH_IMAGE048
；
根据公式（4），电力设备D 2的信干噪比SINR可表示为：
Figure 576808DEST_PATH_IMAGE193
（5）
其中，
Figure 827661DEST_PATH_IMAGE052
为电力设备D 2的自干扰系数，电力设备D 2采用自干扰消除技术后，可得信干噪比SINR为：
Figure 465316DEST_PATH_IMAGE054
（6）
因此， 根据公式（3）和公式（6）知电力设备D 1到D 2和电力设备D 2到D 1的传输速率为：
Figure 536040DEST_PATH_IMAGE056
（7）
Figure 58288DEST_PATH_IMAGE058
（8）
则电力设备D 1到D 2和电力设备D 2到D 1的传输时延为：
Figure 163648DEST_PATH_IMAGE194
（9）
Figure 722936DEST_PATH_IMAGE062
（10）
其中，
Figure 280956DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 606895DEST_PATH_IMAGE066
分别为电力设备D 1到D 2、电力设备D 2到D 1文件传输的数据包大小。
可选的，所述发送功率优化模块中，所述考虑电力设备D 1和D 2间的低通信时延要求、D2D通信对蜂窝用户通信的干扰限制、及电力设备D 1和D 2的发射功率限制，以电力设备D 1和D 2间双向通信时延差最小化为目标，包括：
电力设备D 1到D 2和电力设备D 2到D 1的传输时延设置限制条件
Figure 629078DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure 546219DEST_PATH_IMAGE070
为：
Figure 794797DEST_PATH_IMAGE072
（11）
Figure 32749DEST_PATH_IMAGE074
（12）
其中，
Figure 581542DEST_PATH_IMAGE076
和
Figure 935163DEST_PATH_IMAGE078
分别为传输时延
Figure 405459DEST_PATH_IMAGE080
和
Figure 604359DEST_PATH_IMAGE082
的业务最大限制；
基于信道小尺度衰落的随机性，考虑将信道的统计特性作为约束：
Figure 601134DEST_PATH_IMAGE195
（13）
Figure 125656DEST_PATH_IMAGE086
（14）
其中，E{}代表均值，即统计特性；公式（13）（14）是经过公式（9）（10）（11）（12）推导得到的；
由于D2D通信频段与蜂窝通信频段相同，基站BS接收信号
Figure 817669DEST_PATH_IMAGE088
的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE220
（15）
其中，
Figure 164468DEST_PATH_IMAGE092
为电力设备D 1与基站BS间的信道参数，
Figure 953432DEST_PATH_IMAGE094
为电力设备D 2与基站BS间的信道参数，
Figure 320959DEST_PATH_IMAGE096
为用户U与基站BS间的信道参数，
Figure 562585DEST_PATH_IMAGE098
代表基站BS的加性高斯白噪声，
Figure 368867DEST_PATH_IMAGE100
；
根据公式（15），基站BS处的接收信干噪比SINR可表示为：
Figure 74655DEST_PATH_IMAGE102
（16）
为了不影响蜂窝通信质量，限定基站BS处的接收信干噪比应不小于阈值
Figure 940980DEST_PATH_IMAGE104
，即限制条件
Figure 607584DEST_PATH_IMAGE106
为：
Figure 217557DEST_PATH_IMAGE108
（17）
即：
Figure 292698DEST_PATH_IMAGE110
（18）
基于信道小尺度衰落的随机性，考虑将信道的统计特性作为约束：
Figure 64345DEST_PATH_IMAGE196
（19）
另外，由于电力设备发送功率限制，限制条件
Figure 483825DEST_PATH_IMAGE114
和
Figure 631910DEST_PATH_IMAGE116
为：
Figure 312290DEST_PATH_IMAGE118
（20）
Figure 254838DEST_PATH_IMAGE120
（21）
其中，
Figure 896035DEST_PATH_IMAGE122
为电力设备D 1的最大功率限制，
Figure 847811DEST_PATH_IMAGE124
为电力设备D 2的最大功率限制；
基于上述考虑，构造面向全双工D2D通信时延对称的功率优化问题如下：
Figure 54801DEST_PATH_IMAGE126
Figure 246879DEST_PATH_IMAGE128
Figure 437689DEST_PATH_IMAGE130
Figure 865259DEST_PATH_IMAGE132
Figure 457915DEST_PATH_IMAGE134
Figure 70161DEST_PATH_IMAGE136
（22）
其中，
Figure 482688DEST_PATH_IMAGE138
和
Figure 713949DEST_PATH_IMAGE140
代表电力设备D 1和D 2的最优发送功率，目标函数表达式的含义为将
Figure 161111DEST_PATH_IMAGE142
和
Figure 193527DEST_PATH_IMAGE144
作为参数进行优化，最小化时延
Figure 358929DEST_PATH_IMAGE146
与
Figure 925040DEST_PATH_IMAGE148
的差值。
可选地，所述发送功率优化模块中，所述求解目标获得电力设备D 1和D 2最优的发送功率，包括：
将优化目标改写为
Figure 164391DEST_PATH_IMAGE150
和
Figure 56124DEST_PATH_IMAGE152
时的两个子优化问题；
对两个子优化函数，分别采用一维搜索获取初始可行解；
根据初始可行解利用CVX工具包进行迭代，对两个子问题独立求解；
比较两个子优化函数迭代后的目标函数最优值，并取其中较小者为整体最优解，此目标函数最优值对应的电力设备D 1和D 2的功率为最优的发送功率。
所述两个子优化问题分别为：
当
Figure 505560DEST_PATH_IMAGE150
时优化函数为：
Figure 140940DEST_PATH_IMAGE154
Figure 500378DEST_PATH_IMAGE156
Figure 563012DEST_PATH_IMAGE158
Figure 250476DEST_PATH_IMAGE160
Figure 423968DEST_PATH_IMAGE162
Figure 637912DEST_PATH_IMAGE164
Figure 871447DEST_PATH_IMAGE166
（26）
鉴于目标函数是典型的双凸优化问题，将使用一阶泰勒展开公式将非凸问题转为凸问题；具体地，将T 2表达式进行一阶泰勒展开得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE221
（27）
其中，
Figure 561055DEST_PATH_IMAGE170
为优化函数的一个可行解；可将优化问题转化为最小化
Figure 475921DEST_PATH_IMAGE172
的上界，即求解下述优化问题：
Figure DEST_PATH_IMAGE222
（28）
当
Figure 449431DEST_PATH_IMAGE152
时，同理可得优化函数为：
Figure 853867DEST_PATH_IMAGE176
Figure 374979DEST_PATH_IMAGE178
Figure 155853DEST_PATH_IMAGE180
（29）
以上两个优化函数即为两个子优化问题。
本发明装置的各模块实现方案参见上述实施例1方法的各步骤处理过程。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种面向全双工D2D通信时延对称的电力设备发送功率优化方法，其特征是，全双工D2D通信系统包括基站BS、蜂窝用户U、以及电力设备D 1和D 2，其中电力设备D 1和D 2间采用全双工D2D通信技术进行信息交互，其通信频段与蜂窝用户通信频段相同；所述电力设备D 1和D 2发送功率优化过程为：
获取用户U到电力设备D 1和D 2、基站BS到电力设备D 1和D 2以及电力设备D 1和D 2间的信道状态信息，计算电力设备D 1至D 2间的通信时延和电力设备D 2至D 1间的通信时延；
考虑电力设备D 1和D 2间的低通信时延要求、D2D通信对蜂窝用户通信的干扰限制、及电力设备D 1和D 2的发射功率限制，以电力设备D 1和D 2间双向通信时延差最小化为目标，求解目标获得电力设备D 1和D 2最优的发送功率，实现电力设备D 1和D 2间的双向通信时延对称；
所述考虑电力设备D 1和D 2间的低通信时延要求、D2D通信对蜂窝用户通信的干扰限制、及电力设备D 1和D 2的发射功率限制，以电力设备D 1和D 2间双向通信时延差最小化为目标，包括：
电力设备D 1到D 2和电力设备D 2到D 1的传输时延设置限制条件
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（11）
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（12）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure DEST_PATH_IMAGE012
分别为传输时延
Figure DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure DEST_PATH_IMAGE016
的业务最大限制；
基于信道小尺度衰落的随机性，考虑将信道的统计特性作为约束：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
（13）
Figure DEST_PATH_IMAGE020
（14）
其中，E{}代表均值，即统计特性；公式（13）、（14）是经过公式（9）-（12）推导得到的；
由于D2D通信频段与蜂窝通信频段相同，基站BS接收信号
Figure DEST_PATH_IMAGE022
的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
（15）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为电力设备D 1与基站BS间的信道参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为电力设备D 2与基站BS间的信道参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为用户U与基站BS间的信道参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
代表基站BS的加性高斯白噪声，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
；
根据公式（15），基站BS处的接收信干噪比SINR可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE036
（16）
为了不影响蜂窝通信质量，限定基站BS处的接收信干噪比应不小于阈值
Figure DEST_PATH_IMAGE038
，即限制条件
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE042
（17）
即：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
（18）
基于信道小尺度衰落的随机性，考虑将信道的统计特性作为约束：
Figure DEST_PATH_IMAGE046
（19）
另外，由于电力设备发送功率限制，限制条件
Figure DEST_PATH_IMAGE048
和
Figure DEST_PATH_IMAGE050
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE052
（20）
Figure DEST_PATH_IMAGE054
（21）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
为电力设备D 1的最大功率限制，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
为电力设备D 2的最大功率限制；
基于上述考虑，构造面向全双工D2D通信时延对称的功率优化问题如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE060
Figure DEST_PATH_IMAGE062
Figure DEST_PATH_IMAGE064
Figure DEST_PATH_IMAGE066
Figure DEST_PATH_IMAGE068
Figure DEST_PATH_IMAGE070
（22）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE072
和
Figure DEST_PATH_IMAGE074
代表电力设备D 1和D 2的最优发送功率，目标函数表达式的含义为将
Figure DEST_PATH_IMAGE076
和
Figure DEST_PATH_IMAGE078
作为参数进行优化，最小化时延
Figure DEST_PATH_IMAGE080
与
Figure DEST_PATH_IMAGE082
的差值。
2.根据权利要求1所述的一种面向全双工D2D通信时延对称的电力设备发送功率优化方法，其特征是，所述计算电力设备D 1至D 2间的通信时延和电力设备D 2至D 1间的通信时延，包括：
电力设备D 1接收信号
Figure DEST_PATH_IMAGE084
的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE086
（1）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
、
Figure DEST_PATH_IMAGE090
分别为电力设备D 2和用户U的信号发送功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE092
为电力设备D 2与D 1间的信道参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE094
为用户U与电力设备D 1间的信道参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE096
电力设备D 2的发送信号，
Figure DEST_PATH_IMAGE098
为用户U的发送信号，
Figure DEST_PATH_IMAGE100
为电力设备D 1的自干扰信号，
Figure DEST_PATH_IMAGE102
代表电力设备D 1的加性高斯白噪声，
Figure DEST_PATH_IMAGE104
，
Figure DEST_PATH_IMAGE106
单边噪声功率谱密度，B为系统带宽；
根据公式（1），电力设备D 1的信干噪比SINR可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE108
（2）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE110
为电力设备D 1的自干扰系数，电力设备D 1采用自干扰消除技术后，可得信干噪比SINR为：
Figure DEST_PATH_IMAGE112
（3）
电力设备D 2接收信号
Figure DEST_PATH_IMAGE114
的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE116
（4）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE118
为电力设备D 1的信号发送功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE120
为电力设备D 1与D 2间的信道参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE122
为用户U与电力设备D 2间的信道参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE124
为电力设备D 1的发送信号，
Figure DEST_PATH_IMAGE126
为电力设备D 2的自干扰信号，
Figure DEST_PATH_IMAGE128
代表电力设备D 2的加性高斯白噪声，
Figure DEST_PATH_IMAGE130
；
根据公式（4），电力设备D 2的信干噪比SINR可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE132
（5）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE134
为电力设备D 2的自干扰系数，电力设备D 2采用自干扰消除技术后，可得信干噪比SINR为：
Figure DEST_PATH_IMAGE136
（6）
因此， 根据公式（3）和公式（6）知电力设备D 1到D 2和电力设备D 2到D 1的传输速率为：
Figure DEST_PATH_IMAGE138
（7）
Figure DEST_PATH_IMAGE140
（8）
则电力设备D 1到D 2和电力设备D 2到D 1的传输时延为：
Figure DEST_PATH_IMAGE142
（9）
Figure DEST_PATH_IMAGE144
（10）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE146
、
Figure DEST_PATH_IMAGE148
分别为电力设备D 1到D 2、电力设备D 2到D 1文件传输的数据包大小。
3.根据权利要求1所述的一种面向全双工D2D通信时延对称的电力设备发送功率优化方法，其特征是，所述求解目标获得电力设备D 1和D 2最优的发送功率，包括：
将优化目标改写为
Figure DEST_PATH_IMAGE150
和
Figure DEST_PATH_IMAGE152
时的两个子优化问题；
对两个子优化函数，分别采用一维搜索获取初始可行解；
根据初始可行解利用CVX工具包进行迭代，对两个子问题独立求解；
比较两个子优化函数迭代后的目标函数最优值，并取其中较小者为整体最优解，此目标函数最优值对应的电力设备D 1和D 2的功率为最优的发送功率。
4.根据权利要求3所述的一种面向全双工D2D通信时延对称的电力设备发送功率优化方法，其特征是，所述两个子优化问题分别为：
当
Figure 416631DEST_PATH_IMAGE150
时优化函数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE154
Figure DEST_PATH_IMAGE156
Figure DEST_PATH_IMAGE158
Figure DEST_PATH_IMAGE160
Figure DEST_PATH_IMAGE162
Figure DEST_PATH_IMAGE164
Figure DEST_PATH_IMAGE166
（26）
鉴于目标函数是典型的双凸优化问题，将使用一阶泰勒展开公式将非凸问题转为凸问题；具体地，将T 2表达式进行一阶泰勒展开得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE168
（27）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE170
为优化函数的一个可行解；可将优化问题转化为最小化
Figure DEST_PATH_IMAGE172
的上界，即求解下述优化问题：
Figure DEST_PATH_IMAGE174
（28）
当
Figure 765835DEST_PATH_IMAGE152
时，同理可得优化函数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE176
Figure DEST_PATH_IMAGE178
Figure DEST_PATH_IMAGE180
（29）
以上两个优化函数即为两个子优化问题。
5.一种面向全双工D2D通信时延对称的电力设备发送功率优化装置，其特征是，全双工D2D通信系统包括基站BS、蜂窝用户U、以及电力设备D 1和D 2，其中电力设备D 1和D 2间采用全双工D2D通信技术进行信息交互，其通信频段与蜂窝用户通信频段相同；所述电力设备D 1和D 2发送功率优化装置包括：
通信时延计算模块，用于获取用户U到电力设备D 1和D 2、基站到电力设备D 1和D 2以及电力设备D 1和D 2间的信道状态信息，计算电力设备D 1至D 2间的通信时延和电力设备D 2至D 1间的通信时延；
发送功率优化模块，用于考虑电力设备D 1和D 2间的低通信时延要求、D2D通信对蜂窝用户通信的干扰限制、及电力设备D 1和D 2的发射功率限制，以电力设备D 1和D 2间双向通信时延差最小化为目标，求解目标获得电力设备D 1和D 2最优的发送功率，实现电力设备D 1和D 2间的双向通信时延对称；
所述考虑电力设备D 1和D 2间的低通信时延要求、D2D通信对蜂窝用户通信的干扰限制、及电力设备D 1和D 2的发射功率限制，以电力设备D 1和D 2间双向通信时延差最小化为目标，包括：
电力设备D 1到D 2和电力设备D 2到D 1的传输时延设置限制条件
Figure 314628DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 278036DEST_PATH_IMAGE004
为：
Figure 810649DEST_PATH_IMAGE006
（11）
Figure 275128DEST_PATH_IMAGE008
（12）
其中，
Figure 209586DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 609474DEST_PATH_IMAGE012
分别为传输时延
Figure 629383DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 769990DEST_PATH_IMAGE016
的业务最大限制；
基于信道小尺度衰落的随机性，考虑将信道的统计特性作为约束：
Figure 558954DEST_PATH_IMAGE018
（13）
Figure DEST_PATH_IMAGE181
（14）
其中，E{}代表均值，即统计特性；公式（13）、（14）是经过公式（9）-（12）推导得到的；
由于D2D通信频段与蜂窝通信频段相同，基站BS接收信号
Figure 519957DEST_PATH_IMAGE022
的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE182
（15）
其中，
Figure 433686DEST_PATH_IMAGE026
为电力设备D 1与基站BS间的信道参数，
Figure 974389DEST_PATH_IMAGE028
为电力设备D 2与基站BS间的信道参数，
Figure 758805DEST_PATH_IMAGE030
为用户U与基站BS间的信道参数，
Figure 359551DEST_PATH_IMAGE032
代表基站BS的加性高斯白噪声，
Figure 354052DEST_PATH_IMAGE034
；
根据公式（15），基站BS处的接收信干噪比SINR可表示为：
Figure 839391DEST_PATH_IMAGE036
（16）
为了不影响蜂窝通信质量，限定基站BS处的接收信干噪比应不小于阈值
Figure 602948DEST_PATH_IMAGE038
，即限制条件
Figure 640174DEST_PATH_IMAGE040
为：
Figure 856391DEST_PATH_IMAGE042
（17）
即：
Figure 145422DEST_PATH_IMAGE044
（18）
基于信道小尺度衰落的随机性，考虑将信道的统计特性作为约束：
Figure DEST_PATH_IMAGE183
（19）
另外，由于电力设备发送功率限制，限制条件
Figure 435589DEST_PATH_IMAGE048
和
Figure 909295DEST_PATH_IMAGE050
为：
Figure 488175DEST_PATH_IMAGE052
（20）
Figure DEST_PATH_IMAGE184
（21）
其中，
Figure 439951DEST_PATH_IMAGE056
为电力设备D 1的最大功率限制，
Figure 178100DEST_PATH_IMAGE058
为电力设备D 2的最大功率限制；
基于上述考虑，构造面向全双工D2D通信时延对称的功率优化问题如下：
Figure 432495DEST_PATH_IMAGE060
Figure 888884DEST_PATH_IMAGE062
Figure 378771DEST_PATH_IMAGE064
Figure 578283DEST_PATH_IMAGE066
Figure 128214DEST_PATH_IMAGE068
Figure 71899DEST_PATH_IMAGE070
（22）
其中，
Figure 240843DEST_PATH_IMAGE072
和
Figure 688005DEST_PATH_IMAGE074
代表电力设备D 1和D 2的最优发送功率，目标函数表达式的含义为将
Figure 143257DEST_PATH_IMAGE076
和
Figure 308659DEST_PATH_IMAGE078
作为参数进行优化，最小化时延
Figure 15715DEST_PATH_IMAGE080
与
Figure 848542DEST_PATH_IMAGE082
的差值。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113347652B (zh) * 2021-08-02 2021-11-02 南京邮电大学 一种电力线路状态分析系统及其时延对称优化方法和装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105722236A (zh) * 2016-02-23 2016-06-29 重庆邮电大学 一种蜂窝网络中支持全双工d2d通信的资源分配方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104105185B (zh) * 2013-04-03 2018-11-27 电信科学技术研究院 设备到设备通信中的发射功率控制方法、装置及系统
CN103517347B (zh) * 2013-10-21 2017-01-04 西安电子科技大学 无线网络下D2D和蜂窝通信的统计QoS保障的功率分配方案
US9560574B2 (en) * 2014-01-31 2017-01-31 Intel IP Corporation User equipment and method for transmit power control for D2D tranmissions
CN104284407B (zh) * 2014-10-28 2018-07-06 中国矿业大学 嵌入d2d的蜂窝网络中基于全双工中继的功率控制方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105722236A (zh) * 2016-02-23 2016-06-29 重庆邮电大学 一种蜂窝网络中支持全双工d2d通信的资源分配方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Assignee: NANJING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS NANTONG INSTITUTE Co.,Ltd.

Assignor: NANJING University OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS

Contract record no.: X2021980011448

Denomination of invention: Power equipment transmission power optimization method and device for full duplex D2D communication

Granted publication date: 20210730

License type: Common License

Record date: 20211027