[發明專利]一種采用迫零波束賦形的無線緩存資源優化方法

有效

• 申請號: 201811064008.9
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN109327848B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 楊嘉琛;徐慧芳
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W28/14;H04L29/08;H04B7/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

1.一種采用迫零波束賦形的無線緩存資源優化方法，利用無線緩存技術在具有有限緩存容量的次基站中按比例緩存主、次用戶最流行文件，采用能夠消除主、次用戶干擾的迫零波束賦形傳輸方式，通過選定指標，構建優化問題的數學模型，進而得到最優緩存分配比例，具體包括以下步驟：

第一步：確立系統模型：考慮具有認知用戶，認知網絡構成的通信系統中，包括1個主基站、1個次基站以及對應一個的主、次用戶；

第二步：根據系統模型，選定文件緩存策略模型：次基站具有有限容量的緩存資源，緩存空間為C，主、次用戶按照Zipf分布獨立地從文件庫中請求對應文件；

第三步：采用迫零波束賦形傳輸方式即主、次用戶請求文件可同時利用授權帶寬傳輸文件，如果主、次用戶可以從次基站緩存中獲取所需文件，則主、次用戶不會通過回傳鏈路獲得文件；如果主、次用戶請求文件沒有提前緩存于次基站，則用戶需要從主基站及內容服務器下載各自文件；

第四步：確定以成功傳輸速率為指標，構建數學優化問題

(1)系統中主、次用戶采用迫零波束賦形傳輸方式的SNR計算主、次用戶鏈路速率主要取決于信躁比SNR，具有N根發射天線的次基站到主用戶PU的距離為d_sp，SNR_p表示為：

其中σ²為噪聲功率，g_p分別表示小尺度衰落信道增益，α表示路徑損耗因子，由于次基站發射采用迫零波束賦形傳輸方式則主、次用戶之間不存在干擾；P_s表示次基站的發送功率，β表示發送主用戶文件占用次基站發送功率的比例；

(2)計算通過次基站緩存文件，主、次用戶同時獲取文件的成功傳輸概率成功傳輸概率定義為次基站占用時隙T同時傳輸文件速率總大于等于文件請求速率，因此成功傳輸概率可得到如下表示：

根據主、次用戶文件在協作次基站中緩存狀態不同，得到對應的不同文件傳輸時隙t，從而得到對應傳輸模式下的成功傳輸速率,主、次用戶成功傳輸速率表示為：

R^p＝R_p·Pr(tlog₂(1+SNR_p)≥R_p) (2a)

R^s＝R_s·Pr(tlog₂(1+SNR_s)≥R_s) (2b)

其中，R_p,R_s分別表示主、次用戶請求文件的數據傳輸速率；

設信道為瑞利衰落信道，則成功傳輸概率為：

其中，

(3)計算通過文件緩存方式，主、次文件同時請求文件緩存狀態的概率文件緩存是遵循最流行文件緩存策略，根據次基站中有限緩存容量C，利用緩存容量Co提前存有主用戶最受歡迎的文件，則剩余緩存空間(C-Co)提前緩存次用戶最受歡迎文件，根據文件服從zipf分布，則主、次用戶請求文件提前被緩存的概率分別近似為：

對于主用戶和次用戶在同一時刻各自所請求文件，根據是否提前緩存于次基站，并結合四種傳輸方式，得到對應的主、次用戶同時成功傳輸的概率；

(4)計算主、次用戶同時獲取文件時的概率以及文件成功傳輸速率，構建優化問題；每個文件的緩存概率會影響文件成功傳輸速率，因此需要找到最優緩存方案以及功率分配方式，實現在確保主用戶成功傳輸速率大于一定閾值R_th條件下，最大化次用戶請求文件的成功傳輸速率，構建如下數學優化問題：

其中，p₁,p₂,p₃,p₄表示主、次系統存在4種不同緩存狀態下同時傳輸文件的概率，表示次用戶在4種不同緩存文件狀態下的文件成功傳輸速率，同理，表示主用戶在4種不同緩存文件狀態下的文件成功傳輸速率，t_p，t_s分別表示獲取主、次用戶未緩存文件的時間；

第五步：通過二分算法求解數學優化問題，得到聯合最優緩存空間以及功率分配。