集中式天线系统的能效功率分配方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术公开一种集中式天线系统的能效功率分配方法、系统及存储介质，其方法包括：通过预设的D2D选择算法将D2D通信添加到CAS系统当中建立系统模型；基于系统模型及预设的能效功率分配算法进行能效功率分配优化。本发明专利技术D2D通信与蜂窝通信结合相比单独使用传统的蜂窝系统大大地增加了系统的EE，同时能量效率的功率分配算法进一步提高了整个系统的EE，而且在D2D通信和能量效率的功率分配算法两者结合下效果会更加的明显。

【技术实现步骤摘要】
集中式天线系统的能效功率分配方法、系统及存储介质
本专利技术涉及信道编码传输
，尤其涉及一种集中式天线系统的能效功率分配方法方法、系统及存储介质。
技术介绍
在第五代(5g)移动技术的研究当中提出许多性能指标以满足更高的移动数据传输速率，减少电池消耗，增加服务质量的同时提高能源效率(EE)。随着全球移动数据流量的快速增长，当前网络和基础设施无法应对日益增长的需求，因此改善通信网络的使用效率变得越来越重要。绿色通信，特别是在无线网络，旨在最大化EE通信网络已经成为一个重要的研究领域。在现实中，上行EE相比下行重要得多，这主要是因为下行基站(BS)可支持各种可再生能源，但上行的用户(UE)能源只有有限的电池。近年来，设备间(D2D)通信被广泛用于提高系统的吞吐量和EE。D2D通信可以很容易地建立两个设备之间的直接联系。这允许从一个设备到另一个设备在短距离通信中传输大量的数据，设备之间直接沟通，而不用BSs的帮助,这一优点在许多情况下可以缓解无线通信系统过载，而且还可以减少系统的能源消耗。但是在研究当中，大多数研究在构建模型时只是在形成蜂窝用户之后随机加入D2D通信对用户，实际上忽略了D2D用户对是从那些通信质量较差的蜂窝用户之中选出来的，而且很少研究考虑到什么样的蜂窝用户适合使用D2D通信，以及很少考虑UEs和D2D通信用户位置随时间变化而变化。而在现实中，随着UEs的移动，位置不断地变化的同时也会引起D2D通信成员和位置的变更。对于考虑用户移动性的集中式天线系统(CAS)中的能效功率优化问题并未得出相关结论。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种集中式天线系统的能效功率分配方法方法、系统及存储介质，以解决CAS中的能效功率优化问题。为了达到上述目的，本专利技术提出一种集中式天线系统的能效功率分配方法，包括以下步骤：通过预设的D2D选择算法将D2D通信添加到CAS系统当中建立系统模型；基于所述系统模型及预设的能效功率分配算法进行能效功率分配优化。其中，所述基于所述系统模型及预设的能效功率分配算法进行能效功率分配优化的步骤包括：获取所述系统模型中UE的最大发射功率和最小传输速率，以及D2D对中用户的最大发射功率和最小传输速率；获取满足UE和D2D对中用户的最小传输速率以及最大发射功率的条件下最大化系统的EE；通过预设的能效功率分配算法并采用次梯度迭代方法，对所述最大化系统的EE进行凸优化。其中，所述集中式天线系统的能效功率分配方法还包括：对CAS中添加D2D通信在不同的功耗模型中进行数值结果评估。其中，所述次梯度迭代方法为sub-gradient迭代方法。本专利技术还提出一种集中式天线系统的能效功率分配系统，包括：计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时，执行如上所述的方法的步骤。本专利技术还提出一种计算机可读存储介质，包括：所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时，执行如上所述的方法的步骤。本专利技术的有益效果为：通过D2D对选择算法来建立系统模型，以适应CAS的现实情况，基于系统模型及预设的能效功率分配算法进行能效功率分配优化。关于用户功率分配的EE优化问题，通过一定方法转化为凸优化问题，并通过sub-gradient迭代方法应用于解决了该凸问题。数值结果表明D2D通信与蜂窝通信结合相比单独使用传统的蜂窝系统大大地增加了系统的EE。同时能量效率的功率分配算法进一步提高了整个系统的EE，而且在D2D通信和能量效率的功率分配算法两者结合下效果会更加的明显。附图说明图1是本专利技术集中式天线系统的能效功率分配方法流程示意图；图2是本专利技术的具体流程示意图；图3是本专利技术算法一的流程示意图；图4是本专利技术算法二的流程示意图；图5是本专利技术比较不同最大传输功率下UE的平均容量示意图；图6是本专利技术当UE和D2D用户的最大传输功率设定为30dBm时用户的平均容量随着用户数量增加的变化示意图；图7和图8是显示在用户数量为50的情况下EE在理想和实际条件下与最大传输功率之间的关系示意图；图9是当UE和D2D用户传输功率为30dBm时系统EE分别在传统模式和添加D2D通信情况下与用户数量之间的关系。为了使本专利技术的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。具体地，如图1所示，本专利技术较佳实施例提出一种集中式天线系统的能效功率分配方法，包括：步骤S1，通过预设的D2D选择算法将D2D通信添加到CAS系统当中建立系统模型；步骤S2，基于所述系统模型及预设的能效功率分配算法进行能效功率分配优化。其中，所述基于所述系统模型及预设的能效功率分配算法进行能效功率分配优化的步骤包括：获取所述系统模型中UE的最大发射功率和最小传输速率，以及D2D对中用户的最大发射功率和最小传输速率；获取满足UE和D2D对中用户的最小传输速率以及最大发射功率的条件下最大化系统的EE；通过预设的能效功率分配算法并采用次梯度迭代方法，对所述最大化系统的EE进行凸优化。其中，所述次梯度迭代方法为sub-gradient迭代方法。进一步地，所述集中式天线系统的能效功率分配方法还包括：对CAS中添加D2D通信在不同的功耗模型中进行数值结果评估。本专利技术通过上述方案，通过D2D对选择算法来建立系统模型，以适应CAS的现实情况，基于系统模型及预设的能效功率分配算法进行能效功率分配优化。关于用户功率分配的EE优化问题，通过一定方法转化为凸优化问题，并通过sub-gradient迭代方法应用于解决了该凸优化问题，有效地提高了整个系统的EE。以下详细阐述本专利技术实施例方案：如图2所示，一个基站放置于小区中心CAS，有K个使用传统蜂窝通信方式的UEs随机分布在一个小区之中。为方便分析，这里假设的BS和UEs都配备了单天线，并且它们已知通信中的信道状态信息(CSI)。还假设通道是正交的，所以不存在干扰问题，通过码分多址(CDMA)、FDMA或时分多址(TDMA)技术这很容易实现。UEk的上行传输速率可以表示为：其中表示UEk的传输功率，hk,B表示UEk和BS之间的衰落信道，表示高斯白噪声(AWGN)功率。其中衰落信道可以表示为hk,B＝gk,Bωk,B(2)其中gk,B表示小规模衰落系数，对于UEs小规模衰落服从独立同分布均值为0方差为1的高斯分布。ωk,B表示独立于小规模衰落系数的大规模衰落系数，它可以表示为其中c表示以参考距离为1km的中值平均路径。dk,B表示UEk到BS的距离，α是路径衰落系数，一般取值区间为[3,5]。sk,B是阴影衰落系数，符合对数正态分布。考虑到D2D通信是一个非常有效的方法来提高系统的性能。在此采用一个符合实际情况的方法将D2D通信添加到CAS系统当中。实现算法如下：如图3所示，D2D选择算法后，可以得到D对D2D用户对。使用U＝K-2D表示剩余的传统通信用户。为了简化，假定剩余UEs和D对D2D对分别占据正交的子信道,所以不存在UEs和D2D对之间的干扰,第j对D2D中的发送者的传输速率可以写成其中表示D2D对中发送者的发射功率，表示第j对D2D发送者和接收者之间的信道衰落系数。σj是高斯白噪声的功率。将系统的总带宽设置为1,所以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集中式天线系统的能效功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：通过预设的D2D选择算法将D2D通信添加到CAS系统当中建立系统模型；基于所述系统模型及预设的能效功率分配算法进行能效功率分配优化。

【技术特征摘要】
1.一种集中式天线系统的能效功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：通过预设的D2D选择算法将D2D通信添加到CAS系统当中建立系统模型；基于所述系统模型及预设的能效功率分配算法进行能效功率分配优化。2.根据权利要求1所述的集中式天线系统的能效功率分配方法，其特征在于，所述基于所述系统模型及预设的能效功率分配算法进行能效功率分配优化的步骤包括：获取所述系统模型中UE的最大发射功率和最小传输速率，以及D2D对中用户的最大发射功率和最小传输速率；获取满足UE和D2D对中用户的最小传输速率以及最大发射功率的条件下最大化系统的EE；通过预设的能效功率分配算法并采用次梯度迭代方法，对所述最大化系统的EE进行凸优化。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：何春龙，李兴泉，张策，黄磊，刘超文，张诗琪，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44