[發(fā)明專利]一種基于用戶空間情境信息的低能耗傳輸方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410842350.2
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104507151A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡宇洲;韓圣千;楊晨陽
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W52/24
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 趙文穎

1.一種基于用戶空間情境信息的低能耗傳輸方法，包括以下幾個步驟：

步驟一：基站收集用戶的空間情境信息和數(shù)據(jù)請求信息，中心處理器或基站設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸?shù)目倳r長T、時隙寬度Δt和總時隙個數(shù)確定第n個時隙內(nèi)接收端的等價平均信噪比λ_n，將λ_n選為第n個時隙所包含的多個時刻中接收端的最小平均信噪比，其中平均信噪比是指平均信道增益與接收端噪聲方差的比值；對各時隙的等價平均信噪比由低到高進(jìn)行排序，記為定義N為基站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目倳r隙個數(shù)，N≤N‾,]]>初始化N為：N=N‾;]]>

步驟二：給定N，計(jì)算輔助變量l，用于對各時隙用戶接收數(shù)據(jù)量的均值和方差進(jìn)行近似，具體包括：

1)給定輔助變量l的取值范圍[l_min,l_max]，計(jì)算

2)給定變量l，按照下述步驟三的方法計(jì)算基站在N個時隙的發(fā)射功率，記為p_n，n＝1，…，N；

3)計(jì)算第n個時隙傳輸數(shù)據(jù)量的均值E_n，和第n個時隙傳輸數(shù)據(jù)量的方差為：σn2=Δt2·(∫0∞log22(1+pnλ‾nx)xNt-1e-x(Nt-1)!dx-En2),]]>

其中：N_t表示基站發(fā)射天線數(shù)，x為積分變量；

4)計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袛喔怕师艦椋?maths num=0004>ϵ=12(1+erf((STB-Σn=1NEn)/2Σn=1Nσn2)),]]>

其中：S表示用戶的平均數(shù)據(jù)請求，B表示用戶占用的帶寬，erf(·)表示誤差函數(shù)；

5)如果ε≤ε₀，則令l_max＝l；反之，令l_min＝l，其中ε₀表示用戶業(yè)務(wù)可容忍的最大中斷概率值；

6)重復(fù)步驟1)-5)，直至l_max-l_min＜δ，其中δ是門限值；

步驟三：給定N和步驟二得到的l值，求解下述總發(fā)射功率最小化問題：

minpΣn=1Npn]]>

s.t.Pr(Σn=1Nlog2(1+pnλ‾n||h||2)≤TSB·Δt)≤ϵ0---(1)]]>

p_n≥0，p_n≤p_max，n＝1，2，3，…，N??(2)

其中，p_max為基站最大發(fā)射功率，表示小尺度衰減信道，表示復(fù)數(shù)域，表示實(shí)數(shù)域，Pr(·)表示概率值；約束(1)表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袛喔怕什怀^用戶業(yè)務(wù)要求的最大值，約束(2)表示基站的發(fā)射功率限制；

將上述優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為如下的標(biāo)準(zhǔn)凸優(yōu)化問題：

minpΣn=1Npn]]>

s.t.V·ln(2)-Σn=1Nln(l+pnλ‾n)≤0]]>

p_n≥0,p_n≤p_max,n＝1,2,3,…,N

其中，V=TSB·Δt-log2(e)·2Nψ·(Nt)·erf-1(2ϵ0-1)-Nlog2(e)·ψ(Nt),ψ(·)]]>為歐拉雙伽馬函數(shù)，為歐拉雙伽馬函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)，erf^-1(·)為誤差函數(shù)的反函數(shù)；

該問題采用如下次優(yōu)閉式解：

pn=0,λ‾n≤lηη-lλ‾n,λ‾n>lη]]>

其中，η的計(jì)算方法如下：

令i＝1，計(jì)算zi=N-i+1lNΠj=iNλ‾j/2V;]]>如果λ‾i<zi,]]>更新i＝i+1和z_i；如果λ‾i≥zi,]]>計(jì)算η為：η=2V/(li-1Πj=iNλ‾j)(N-i+1);]]>

根據(jù)計(jì)算得到的功率分配結(jié)果p＝[p₁…p_k…p_n]，計(jì)算系統(tǒng)的總能耗E_tot(N)為：E_tot(N)＝Δt·(Δ_p·||p||₁+||p||₀·P_c,active+(N-||p||₀)·P_c,sleep)，其中Δ_p為功率放大器系數(shù)，||p||₁是p的l₁范數(shù)，表示系統(tǒng)的總發(fā)射功率，||p||₀是p的l₀范數(shù)，表示基站開啟的總時隙數(shù)，N-||p||₀表示基站休眠的總時隙數(shù)，P_c,active和P_c,sleep分別表示基站開啟時和休眠時的電路功耗；

步驟四：采用貪婪算法找到使系統(tǒng)總能耗最低的傳輸時隙數(shù)N，具體方法如下：

迭代更新N＝N-1，并執(zhí)行步驟二和步驟三，更新功率分配結(jié)果p，進(jìn)而計(jì)算系統(tǒng)的總能耗E_tot(N)；當(dāng)max(p)＞p_max時，迭代停止，并定義N_min＝N+1；

找到的最小值，其對應(yīng)的N即為最優(yōu)的傳輸時隙數(shù)，相應(yīng)的功率分配結(jié)果即為使系統(tǒng)總能耗最低的功率分配方案。