一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法技术

一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法，包括以下步骤：(1)在基站的覆盖范围下总共有I个移动用户，提出了一种满足移动用户的服务质量同时，在移动用户的下载量

An optimization method for downlink transmission time of non orthogonal access based on bisection search

A downlink transmission time optimization method based on sub-search for non-orthogonal access is proposed, which includes the following steps: (1) There are a total of I mobile users in the coverage of the base station. A new method is proposed to satisfy the quality of service of mobile users while downloading the mobile users.

【技术实现步骤摘要】
一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法
本专利技术属于通信领域，一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法。
技术介绍
移动互联网业务的快速发展，对蜂窝无线接入网造成了巨大的流量压力。由于有限的无线资源，利用非正交接入技术使移动用户同时共用同一信道为无线接入提供一种有效的方法，实现在未来的5G网中超高吞吐量和大规模连接的目标。
技术实现思路
为了克服现有技术的下行传输时间较长、基站总能量消耗较大的不足，本专利技术提供一种最小化下行传输时间与基站总能量消耗的基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法，本专利技术针对下行传输时间过大的难点，主要考虑的是利用非正交接入技术来传输数据，研究了一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法，包括以下步骤：(1)在基站的覆盖范围下总共有I个移动用户，移动用户用集合J＝{1,2,…,I}表示，基站使用非正交接入技术同时向移动用户发送数据，其中移动用户i需要接收的数据量用表示；在保证基站发送完成所有移动用户数据量的条件下，最小化下行传输时延和基站总能耗的优化问题描述为如下所示的优化问题DDRCM(Downloading-DurationResourceConsumptionMinimization)问题，DDRCM指的是下行资源消耗最小化：DDRCM:0≤t≤Tmax(1-3)Variables:t下面将问题中的各个变量做一个说明，如下：α:下行传输时间的权重因子；β:下行传输总能量消耗的权重因子；t:基站发送数据到移动用户的下行传输时间，单位是秒；是关于t的函数，表示基站为了在给定下行传输时间t内完成发送全部移动用户数据量所需要的最小总发射功率，单位是瓦特；W:基站到移动用户的信道带宽，单位是赫兹；n0:信道背景噪声的频谱功率密度；gBi:基站到移动用户i的信道功率增益；基站需要发送到移动用户i的数据量，单位是兆比特；基站最大下载能量消耗，单位是焦耳；Tmax:基站发送数据到移动用户的最大下行传输时间，单位是秒；(2)DDRCM问题表示如下：DDRCM:s.t.constraint(1-1)constraint(1-2)Variable:0≤t≤TmaxDDRCM问题是在给定移动用户下载量的情况下找到最小的下行传输时间与基站总能量消耗，定义一个变量x，如下：DDRCM问题等价为DDRCM-E问题，“E”表示的是等价地，如下：DDRCM-E:Variable:x≥1/Tmax定义基站的函数H(x)的表达式如下：为了有效解决DDRCM-E问题，引入一个新变量θ，通过使用变量θ，DDRCM-E问题转化为P1问题如下：P1:minθVariable:θ求解P1问题的思路是：设定θ的上限是一个足够大的数，设定θ的下限是0，通过对θ进行对分搜索来找到最小的θ值，该θ值要同时确保P1问题可行，P1问题可行是指：在给定θ值条件下，P1问题中约束条件(2-4)，(2-5)和(2-6)所产生有关于变量x的可行解集合为一个非空集合；否则，P1问题为不可行，即在给定θ值条件下约束条件(2-4)，(2-5)和(2-6)所产生有关于变量x的可行解集合是一个空集；为了判断在给定θ值条件下P1问题是否可行，考虑如下P2问题：P2:Variable:x如果P2问题的最优值输出Vθ≤0，则表示P1问题是可行的；否则，P1问题将是不可行的；接着，定义函数G(x)如下：因此，得到函数G(x)的一阶导数如下：从表达式(2-10)中观察得出是关于变量x的单调递增函数，所以我们通过求解的零点来求解G(x)的最小值；首先，根据的单调递增性，利用对分搜索求解的零点记为xzero，使得满足接着，根据条件(2-3)和(2-7)，得到关于变量x的表达式如下：对(2-11)关于x求一阶导数，得到：在这里，引入一个变量接着，分析整理表达式(2-11)和(2-12)在不同的条件下，有以下三种情况：i)如果且那么不存在满足条件的可行解；ii)如果且那么存在解满足Qi(xlargest)＝0；iii)如果由于是单调递减的且那么存在满足进一步由于Q(0)＝0，Q(x)在区间先增后减，所以Q(xΔ)≥0，存在解xlargest∈[xΔ,∞)满足Q(xlargest)＝0；(3)求解P1问题的算法DDRCM-Algorithm，在P1问题中，设定θ的上限是一个足够大的数，设定θ的下限是0，通过对θ进行对分搜索来找到最小的θ值，该θ值要同时确保P1问题可行；通过求解P2问题，判断在给定θ值条件下P1问题是否可行：其中，如果P2问题的最优值输出Vθ≤0，则表示P1问题是可行的，那通过对分方式减小当前θ值；否则，P1问题将是不可行的，那通过对分方式增加当前θ值；通过对分搜索不断更新当前θ值，直到Vθ以设定的计算精度足够接近于0，算法最后输出的最优θ值，即确保P1问题可行的最小的θ值，它代表了DDRCM问题的下行资源消耗(即下行传输时间与基站总能量消耗)的最小值。进一步，所述步骤(3)中，求解P1问题算法的DDRCM-Algorithm的步骤如下：步骤3.1：输入计算精度∈DDRCM＝10-4，设定参数θuppbound＝104，θlowbound＝0；步骤3.2：开始循环|θuppbound-θlowbound|>∈DDRCM；步骤3.3：设定步骤3.4：利用对分搜索求解的零点xzero；步骤3.5：根据对函数Q(x)和的分析分别利用对分搜索，可以解出xmax＝xlargest；步骤3.6：设定步骤3.7：如果xzero<xmin，设定x*,temp＝xmin，转至执行步骤3.10；步骤3.8：否则如果xzero≤xmax，设定x*,temp＝xzero,转至执行步骤3.10；步骤3.9：否则，xzero>xmax，设定x*,temp＝xmax，转至执行步骤3.10；步骤3.10：设定步骤3.11：如果Vθ≤0,设定θuppbound＝θcur，同时设定x*＝x*,temp，转至并执行步骤3.2；否则，设定θlowbound＝θcur，同时设定x*＝x*,temp，转至并执行步骤3.2；步骤3.12：当|θuppbound-θlowbound|≤∈DDRCM时，结束循环；步骤3.13：输出θ*＝θcur以及x*；最后，算法DDRCM-Algorithm输出的θ*代表DDRCM问题所求的下行无线资源消耗(包括下行传输时间与基站总能量消耗)，DDRCM问题中待求的最优下行传输时间t*表示为本专利技术的技术构思为：首先，考虑在蜂窝无线网络中，基站通过非正交接入技术传输数据实现最小化下行传输时间与基站总能量消耗来获得一定的经济效益和服务质量。在此处，考虑的前提是基站的下载能量消耗及下行传输时间的限制。接着，通过对问题的特性分析，将非凸问题等价转换成凸问题来求解。提出基于对分搜索的方法，从而在保证基站发送完成所有移动用户数据量的条件下，实现最小化下行传输时间与基站总能量消耗。本专利技术的有益效果主要表现在:1、对于下行整体而言，利用非正交接入技术大大提高了系统传输效率；2、对于下行整体而言，利用非正交接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)在基站的覆盖范围下总共有I个移动用户，移动用户用集合

【技术特征摘要】
1.一种基于对分搜索式的非正交接入下行传输时间优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)在基站的覆盖范围下总共有I个移动用户，移动用户用集合表示，基站使用非正交接入技术同时向移动用户发送数据，其中移动用户i需要接收的数据量用表示；在保证基站发送完成所有移动用户数据量的条件下，最小化下行传输时延和基站总能耗的优化问题描述为如下所示的优化问题DDRCM问题，DDRCM指的是下行资源消耗最小化：DDRCM：0≤t≤Tmax(1-3)Variables：t下面将问题中的各个变量做一个说明，如下：α：下行传输时间的权重因子；β：下行传输总能量消耗的权重因子；t：基站发送数据到移动用户的下行传输时间，单位是秒；是关于t的函数，表示基站为了在给定下行传输时间t内完成发送全部移动用户数据量所需要的最小总发射功率，单位是瓦特；W：基站到移动用户的信道带宽，单位是赫兹；n0：信道背景噪声的频谱功率密度；gBi：基站到移动用户i的信道功率增益；基站需要发送到移动用户i的数据量，单位是兆比特；基站最大下载能量消耗，单位是焦耳；Tmax：基站发送数据到移动用户的最大下行传输时间，单位是秒；(2)DDRCM问题表示如下：DDRCM：s.t.constraint(1-1)constraint(1-2)Variable：0≤t≤TmaxDDRCM问题是在给定移动用户下载量的情况下找到最小的下行传输时间与基站总能量消耗，定义一个变量x，如下：DDRCM问题等价为DDRCM-E问题，“E”表示的是等价地，如下：DDRCM-E：Variable：x≥1/Tmax定义基站的函数H(x)的表达式如下：为了有效解决DDRCM-E问题，引入一个新变量θ，通过使用变量θ，DDRCM-E问题转化为P1问题如下：P1：minθVariable：θ求解P1问题的思路是：设定θ的上限是一个足够大的数，设定θ的下限是0，通过对θ进行对分搜索来找到最小的θ值，该θ值要同时确保P1问题可行，P1问题可行是指：在给定θ值条件下，P1问题中约束条件(2-4)，(2-5)和(2-6)所产生有关于变量x的可行解集合为一个非空集合；否则，P1问题为不可行，即在给定θ值条件下约束条件(2-4)，(2-5)和(2-6)所产生有关于变量x的可行解集合是一个空集；为了判断在给定θ值条件下P1问题是否可行，考虑如下P2问题：P2：Variable：x如果P2问题的最优值输出Vθ≤0，则表示P1问题是可行的；否则，P1问题将是不可行的；接着，定义函数G(x)如下：因此，得到函数G(x)的一阶导数如下：从表达式(2-10)中观察得出是关于变量x的单调递增函数，所以我们通过求解的零点来求解G(x)的最小值；首先，根据的单调递增性，利用对分搜索求解的零点记为xzero，使...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴远，倪克杰，张成，石佳俊，钱丽萍，黄亮，朱威，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33