[發(fā)明專利]一種蜂窩網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)蜂窩間干擾控制和節(jié)能的分布式方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310248168.X
• 申請日: 2013-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN103313255A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江守超;孫怡
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W16/10
• 分類號(hào): H04W16/10;H04W72/04;H04W72/12
• 代理公司: 大連星海專利事務(wù)所 21208
• 代理人: 徐淑東

1.一種蜂窩網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)蜂窩間干擾控制和節(jié)能的分布式方法，包括以下步驟：

步驟S100：基站獲取其服務(wù)的用戶的信道信息，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的資源分配狀態(tài)與基站工作狀態(tài)列在一個(gè)優(yōu)化方程中，以中心式的方式取得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最大能量有效性；其具體子步驟為：

步驟S110：一個(gè)基站s的最大能量有效性為：其中，是由基站s服務(wù)的所有用戶所獲得的整體數(shù)據(jù)率，P_SL是基站處于休眠狀態(tài)下的功率，P是基站處于完全開啟狀態(tài)下所需的額外功率，O^s是一個(gè)二進(jìn)制變量，O^s＝0代表基站處于休眠狀態(tài)，O^s＝1為完全開啟狀態(tài)；引入一個(gè)單位為[bits/sec/W]的系數(shù)μ，將基站s的能量有效性轉(zhuǎn)化為：即將能量有效性方程轉(zhuǎn)化成關(guān)于變量O^s的線性方程，通過調(diào)整參數(shù)μ，兩個(gè)方程能做出關(guān)于基站工作狀態(tài)的相同的決策；

步驟S120：一個(gè)蜂窩內(nèi)的資源分配，即將RB?n分配給哪個(gè)用戶，通過以下過程實(shí)現(xiàn)，

maxOs,xm,ns,∀m,nΣm=1MsΣn=1Nαmsxm,nsRm,ns-μPOs-μPSL---(1a)]]>

subject toΣm=1Msxm,ns=Os,∀n,---(1b)]]>

xm,ns,Os∈{0,1},∀m,n---(1c)]]>

其中，M_s是基站s服務(wù)用戶的個(gè)數(shù)，N是RB的總數(shù)，是通過正比均衡調(diào)度算法算出的基站s服務(wù)的用戶m的權(quán)重，是基站s服務(wù)的用戶m在RB?n上的可達(dá)數(shù)據(jù)率，是一個(gè)二進(jìn)制變量，代表是否將基站s的RB?n分配用戶m，如果RB?n分配給用戶m時(shí)，則反之，約束條件公式（1b）限定了一個(gè)基站的每個(gè)RB只能分配給一個(gè)用戶，并且，當(dāng)基站處于休眠狀態(tài)時(shí)，即O^s＝0，該基站的所有RB不能分配給任何用戶，即公式（1a）中的-μP_SL是常數(shù)，對于優(yōu)化為的最優(yōu)解沒有影響，在后面的方程中將其省略；

步驟S130：取得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最大能量有效性，通過以下過程實(shí)現(xiàn)：

maxxm,ns,Ins,Os,∀m,n,sΣs=1SΣm=1MsΣn=1Nαmsxm,nsRm,ns-μΣs=1SPOs---(2a)]]>

subject toΣm=1Msxm,ns=1-Ins,∀n,s,---(2b)]]>

1-Ins≤Os,∀n,s,---(2c)]]>

xm,ns,Os,Ins∈{0,1},∀m,n,s.---(2d)]]>

其中，S是蜂窩的個(gè)數(shù)，是一個(gè)二進(jìn)制變量，代表基站s的RB?n是否受限制，如果RB?n受限制,則反之，約束條件公式（2b）限定了如果基站s的RB?n受限制，即則RB?n不能分配基站s服務(wù)的任何用戶，即限制條件公式（2c）限定了如果基站s處于休眠狀態(tài)時(shí)，即O^s＝0，該基站的所有RB均是受限制的，即

上述算法中，采用自適應(yīng)編碼，則基站s服務(wù)的用戶m在RB?n上的可達(dá)數(shù)據(jù)率可表示為：這里，f(·)是采用自適應(yīng)編碼時(shí)數(shù)據(jù)率對應(yīng)信噪比的函數(shù)，是基站s服務(wù)的用戶m在RB?n上的信噪比，由于蜂窩間干擾的存在，可表示為：

Γm,ns=PtxHm,ns,sPtxΣs~=1,s~≠sS(1-Ins~)Os~Hm,ns,s~+σ2,]]>

其中，P_tx是基站的發(fā)射功率，是基站s服務(wù)的用戶m與基站在RB?n上的信道衰落，σ²是加性高斯白噪聲；

步驟S200：根據(jù)數(shù)學(xué)上的近似，將中心式算法轉(zhuǎn)化成線性的優(yōu)化問題：

從公式（2c）和公式（2d）得到：并也僅考慮鄰近蜂窩最大的受限制干擾，則信噪比簡化為：

Γm,ns≥PtxHm,ns,sPtxΣs~=1,s~≠sSHm,ns,s~-maxs~∈ζsPtxIns~Hm,ns,s~+σ2,]]>

這里，ζ^s是蜂窩s的鄰近蜂窩的集合；則可以轉(zhuǎn)化為：Rm,ns≥rm,ns+maxs~Ins~r~m,ns,s~,,]]>其中，

rm,ns=f(γm,ns),]]>r~m,ns,s~=f(γ~m,ns,s~)-rm,nss~∈ζs,0s~∉ζs,]]>

γm,ns=PtxHm,ns,sPtxΣs~≠sHm,ns,s~+σ2,γ~m,ns,s~=PtxHm,ns,sPtxΣs~≠sHm,ns,s~-PtxHm,ns,s~+σ2.]]>

將其帶入公式（2a）中，并引入輔助變量可得到二進(jìn)制線性規(guī)劃問題：

maxxm,ns,ym,ns,s~,Os,Ins,∀m,n,s,∀s~∈ζsΣs=1SΣm=1MsΣn=1Nαms(xm,nsrm,ns+Σs~=1Sym,ns,s~r~m,ns,s~)-μΣs=1SPOs]]>

subject toΣm=1Msxm,ns=1-Ins,∀s,n,]]>

Σs~∈ζsym,ns,s~≤xm,ns,∀m,s,n]]>

Σm=1Msym,ns,s~≤Ins~,∀s,s~,n,]]>

1-Ins≤Os,∀s,n,]]>

xm,ns,ym,ns,s~,Ins,Os∈{0,1},∀m,s,s~,n.]]>

將二進(jìn)制的約束條件松弛為線性條件，即采用實(shí)數(shù)變量，此時(shí)，就得到了中心式的線性優(yōu)化問題；將求解中心式線性優(yōu)化問題得到的最優(yōu)解做四舍五入，就得到了資源分配與基站工作的近似狀態(tài)，即得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的近似的最大能量有效性；

步驟S300：采用原始分解法與投影次梯度法，將中心式算法轉(zhuǎn)化成近似的分布式算法，使每個(gè)蜂窩只需其鄰近蜂窩的信息就可動(dòng)態(tài)的做出資源分配與基站工作狀態(tài)的決策，以近似地達(dá)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最大能量有效性：

將上述列出的線性優(yōu)化問題看作成原始分解法中的主問題，即看作成公用變量，看作成獨(dú)立變量，則可將主問題分解成S個(gè)子問題：

maxxm,ns,ym,ns,s~,Os,∀m,n,∀s~∈ζsΣm=1MsΣn=1Nαms(xm,nsrm,ns+Σs~=1Sym,ns,s~r~m,ns,s~)-μPOs---(3a)]]>

subject toΣm=1Msxm,ns=1-Ins,∀n,---(3b)]]>

Σs~∈ζsym,ns,s~≤xm,ns,∀m,n---(3c)]]>

Σm=1Msym,ns,s~≤Ins~,∀s~,n,---(3d)]]>

1-Ins≤Os,∀n,---(3e)]]>

xm,ns,ym,ns,s~Os∈[0,1],∀m,s~,n.---(3f)]]>

用來表示子問題的最優(yōu)值，則主問題可以表示為：

maxIns,∀sΣs=1Sφs(In1,...,InS)]]>

Ins∈[0,1],∀s,n.]]>

采用投影次梯度法來迭代地解主問題；每次迭代中，解S個(gè)子問題，得到φs(In1,...,InS),∀s]]>和一個(gè)次梯度[gn1,...,gnS],]]>其中，gns=-λns+Σs~∈ζsχns~,s+Γns,]]>這里，和分別是公式（3b）、（3d）和（3e）對應(yīng)的拉格朗日乘子；計(jì)算時(shí)，需要其鄰近蜂窩的通過基站間的協(xié)作及信息交換完成；

然后，公共變量執(zhí)行如下的迭代：

Ins=Ins-θgns,∀s,n,---(4)]]>

這里θ是迭代步長，定義為：θ＝cons/iter_index,這里，cons是一個(gè)正常數(shù)，iter_index是迭代的序號(hào)；

最后，將公共變量投影到可行域內(nèi)，完成一次迭代：

Ins=0,Ind≤0Ins,0<Ins<1∀s,n.1,Ins≥1---(5)]]>

經(jīng)過有限次的迭代，將得到的最優(yōu)解做四舍五入后，就得到了資源分配與基站工作的近似最優(yōu)狀態(tài)，即得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的近似的最大能量有效性。