[發(fā)明專利]一種采用迫零波束賦形的無線緩存資源優(yōu)化方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811064008.9 | 申請日： | 2018-09-12 |
| 公開（公告）號： | CN109327848B | 公開（公告）日： | 2021-08-13 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 楊嘉琛;徐慧芳 | 申請（專利權(quán)）人： | 天津大學(xué) |
| 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(zé)任專利代理事務(wù)所 12201 | 代理人： | 程毓英 |
| 地址： | 300072*** | 國省代碼： | 天津;12 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 采用 波束 賦形 無線 緩存 資源 優(yōu)化 方法 | ||
本發(fā)明涉及一種采用迫零波束賦形的無線緩存資源優(yōu)化方法，利用無線緩存技術(shù)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(biāo)，構(gòu)建優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而得到最優(yōu)緩存分配比例。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于移動無線通信領(lǐng)域，更具體的涉及一種采用迫零波束賦形的無線緩存資源優(yōu)化方法。
技術(shù)背景
近年來隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)以及移動互聯(lián)網(wǎng)和云計算等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，個性化、寬帶化和數(shù)據(jù)海量化已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要關(guān)注點。千倍流量增長和海量連接設(shè)備急迫需要建立大容量、全覆蓋和智能化的無線移動通信網(wǎng)絡(luò)。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，需增加信號傳輸?shù)念l譜帶寬。然而，當(dāng)今社會頻率資源是極度缺乏，彌足珍貴。因此，高頻頻段移動通信成為下一代移動通信的關(guān)鍵技術(shù)，另一方面，由于天線技術(shù)及較高的方向增益為大規(guī)模MIMO技術(shù)實現(xiàn)提供了有利的條件，但是隨著頻率增加路徑損耗也會隨之增加，因此需要采用波束賦形方法增加接收信號的功率。通過無線緩存技術(shù)即在基站側(cè)安裝緩存設(shè)備可有效減小文件到用戶的物理距離，從而減小了文件傳輸時延并降低了文件傳輸中斷概率，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。對于基站服務(wù)的多用戶而言，采用波束賦形方式可以同時滿足用戶需求，但是用戶間存在干擾，需要通過迫零波束賦形方式消除用戶間干擾。因此，將無線緩存技術(shù)和迫零波束賦形結(jié)合是未來無線通信發(fā)展的趨勢。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種采用迫零波束賦形的無線緩存優(yōu)化方法。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目標(biāo)，采用的技術(shù)方案如下：
一種采用迫零波束賦形的無線緩存資源優(yōu)化方法，利用無線緩存技術(shù)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(biāo)，構(gòu)建優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而得到最優(yōu)緩存分配比例，具體包括以下步驟：
第一步：確立系統(tǒng)模型：考慮具有認(rèn)知用戶，認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的通信系統(tǒng)中，包括1個主基站、1個次基站以及對應(yīng)一個的主、次用戶；
第二步：根據(jù)系統(tǒng)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，次文件的流行度服從Zipf分布，即γ時Zipf參數(shù)；
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(quán)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，次用戶請問文件沒有提前緩存于次基站，則用戶需要從主基站及內(nèi)容服務(wù)器下載各自文件；
第四步：確定以成功傳輸速率為指標(biāo)，構(gòu)建數(shù)學(xué)優(yōu)化問題
(1)系統(tǒng)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(fā)射天線的次基站到主用戶PU的距離為dsp，SNRp可以表示為：
其中σ2為噪聲功率，gp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(fā)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；Ps表示次基站的發(fā)送功率，β表示發(fā)送主用戶文件占用次基站發(fā)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(jù)主，次用戶文件在協(xié)作次基站中緩存狀態(tài)不同，得到對應(yīng)的不同文件傳輸時隙t，從而得到對應(yīng)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為：
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