[發明專利]一種異構網絡能效優化方法

有效

• 申請號: 201910310502.7
• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN110167045B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 張海君;馮夢婷;劉瑋;任冶冰;董江波;皇甫偉;隆克平
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/06
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種異構網絡能效優化方法，能夠最大限度地減少能量消耗、提高能量效率。所述方法包括：根據非正交多址接入異構網絡、無線信息和功率傳輸技術的特點，以最大化系統總能效為目標，建立能效優化模型；通過罰函數法將屬于多約束優化問題的能效優化模型轉換為無約束優化問題，得到相應的罰函數，罰函數的負值用于表達化學反應優化算法中的分子勢能；將基站的子信道分配視為化學反應里的分子結構，通過化學反應優化算法對子信道分配進行優化，得到子信道分配的最優解；根據子信道分配最優解，將基站的功率分配視為化學反應里的分子結構，通過實數編碼化學反應優化算法對功率分配進行優化，得到功率分配的最優解。本發明涉及無線通信領域。

技術領域

本發明涉及無線通信領域，特別是指一種異構網絡能效優化方法。

背景技術

無線通信技術經歷了一系列的演進，從4G到5G的演進大大提升了無線網絡的頻譜效率和傳輸速率等。隨著無線技術的不斷革新和時代的需求發展，無線通信系統有兩個顯著特點也變得更加突出。第一個是異構網絡的提出。通過宏小區和小小區的相互配合，異構網絡可以提高網絡覆蓋率，提升網絡容量。異構網絡結構中，基站密集部署，在宏基站的覆蓋范圍內隨機分布著大量的微基站、毫微微基站、家庭基站和中繼等通信節點，其中，微基站、毫微微基站和家庭基站都屬于小小區基站(簡稱：小基站)，與宏小區基站(簡稱：宏基站)相比，小基站有著功率低、覆蓋范圍小、易部署的特點。因此異構網絡中的用戶調度和資源分配問題會大大影響網絡的性能。第二個顯著特點是數據量的爆炸式增長，伴隨著一些新型服務的應用以及無線設備的大規模普及，將產生海量的數據。如此大量的數據將造成網絡規模的急劇擴大，不僅使得網絡容量需要擴大，還造成了一個嚴肅的問題，即能耗的增加，在無線移動通信系統中，能量資源在以飛快的速度被消耗著，因此能效的提升對于整個系統意義重大。

因此，異構網絡下的資源分配以及能效優化是非常有必要的。近年來，異構網絡的資源分配問題得到了大量的研究，并且提出了許多有前景的技術。非正交多址接入(NOMA)是一種新型的接入方案，可以顯著提升系統的性能。和正交頻分多址接入(OFDMA)不同，NOMA可以在同一個子信道上復用多個用戶，這樣大大節省了頻譜資源，在基于NOMA的異構網絡下進行資源分配能夠保證網絡的頻譜效率。無線信息和功率傳輸(SWIPT)能夠從環境中獲取能量。在傳輸無線電信號的同時通過能量獲取模塊從無線電波中采集能量，為無線設備提供能量，大大提升了網絡的能量效率，實現無線通信系統節能環保的目標。

而現有的能效優化問題都是相對復雜的多約束優化問題，搜索空間龐大，導致搜索時間長。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種異構網絡能效優化方法，通過化學反應優化算法和實數編碼化學反應優化算法，能夠快速、準確地確定功率分配的最優解，從而最大限度地減少能量消耗、提高能量效率。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供一種異構網絡能效優化方法，包括：

根據非正交多址接入異構網絡、無線信息和功率傳輸技術的特點，以最大化系統總能效為目標，建立能效優化模型；

通過罰函數法將屬于多約束優化問題的能效優化模型轉換為無約束優化問題，得到相應的罰函數，所述罰函數的負值用于表達化學反應優化算法中的分子勢能；

將基站的子信道分配視為化學反應里的分子結構，通過化學反應優化算法對子信道分配進行優化，得到子信道分配的最優解；

根據得到的子信道分配最優解，將基站的功率分配視為化學反應里的分子結構，通過實數編碼化學反應優化算法對功率分配進行優化，得到功率分配的最優解。

進一步地，所述根據非正交多址接入異構網絡、無線信息和功率傳輸技術的特點，以最大化系統總能效為目標，建立能效優化模型包括:

確定小基站k在子信道n上的用戶m的信號干擾加噪聲比及宏基站在子信道n上的用戶m的信號干擾加噪聲比SINR_m,n；