一种异构网络能效优化方法技术

本发明专利技术提供一种异构网络能效优化方法，能够最大限度地减少能量消耗、提高能量效率。所述方法包括：根据非正交多址接入异构网络、无线信息和功率传输技术的特点，以最大化系统总能效为目标，建立能效优化模型；通过罚函数法将属于多约束优化问题的能效优化模型转换为无约束优化问题，得到相应的罚函数，罚函数的负值用于表达化学反应优化算法中的分子势能；将基站的子信道分配视为化学反应里的分子结构，通过化学反应优化算法对子信道分配进行优化，得到子信道分配的最优解；根据子信道分配最优解，将基站的功率分配视为化学反应里的分子结构，通过实数编码化学反应优化算法对功率分配进行优化，得到功率分配的最优解。本发明专利技术涉及无线通信领域。

An Energy Efficiency Optimization Method for Heterogeneous Networks

【技术实现步骤摘要】
一种异构网络能效优化方法
本专利技术涉及无线通信领域，特别是指一种异构网络能效优化方法。
技术介绍
无线通信技术经历了一系列的演进，从4G到5G的演进大大提升了无线网络的频谱效率和传输速率等。随着无线技术的不断革新和时代的需求发展，无线通信系统有两个显著特点也变得更加突出。第一个是异构网络的提出。通过宏小区和小小区的相互配合，异构网络可以提高网络覆盖率，提升网络容量。异构网络结构中，基站密集部署，在宏基站的覆盖范围内随机分布着大量的微基站、毫微微基站、家庭基站和中继等通信节点，其中，微基站、毫微微基站和家庭基站都属于小小区基站(简称：小基站)，与宏小区基站(简称：宏基站)相比，小基站有着功率低、覆盖范围小、易部署的特点。因此异构网络中的用户调度和资源分配问题会大大影响网络的性能。第二个显著特点是数据量的爆炸式增长，伴随着一些新型服务的应用以及无线设备的大规模普及，将产生海量的数据。如此大量的数据将造成网络规模的急剧扩大，不仅使得网络容量需要扩大，还造成了一个严肃的问题，即能耗的增加，在无线移动通信系统中，能量资源在以飞快的速度被消耗着，因此能效的提升对于整个系统意义重大。因此，异构网本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异构网络能效优化方法，其特征在于，包括：根据非正交多址接入异构网络、无线信息和功率传输技术的特点，以最大化系统总能效为目标，建立能效优化模型；通过罚函数法将属于多约束优化问题的能效优化模型转换为无约束优化问题，得到相应的罚函数，所述罚函数的负值用于表达化学反应优化算法中的分子势能；将基站的子信道分配视为化学反应里的分子结构，通过化学反应优化算法对子信道分配进行优化，得到子信道分配的最优解；根据得到的子信道分配最优解，将基站的功率分配视为化学反应里的分子结构，通过实数编码化学反应优化算法对功率分配进行优化，得到功率分配的最优解。

【技术特征摘要】
1.一种异构网络能效优化方法，其特征在于，包括：根据非正交多址接入异构网络、无线信息和功率传输技术的特点，以最大化系统总能效为目标，建立能效优化模型；通过罚函数法将属于多约束优化问题的能效优化模型转换为无约束优化问题，得到相应的罚函数，所述罚函数的负值用于表达化学反应优化算法中的分子势能；将基站的子信道分配视为化学反应里的分子结构，通过化学反应优化算法对子信道分配进行优化，得到子信道分配的最优解；根据得到的子信道分配最优解，将基站的功率分配视为化学反应里的分子结构，通过实数编码化学反应优化算法对功率分配进行优化，得到功率分配的最优解。2.根据权利要求1所述的异构网络能效优化方法，其特征在于，所述根据非正交多址接入异构网络、无线信息和功率传输技术的特点，以最大化系统总能效为目标，建立能效优化模型包括:确定小基站k在子信道n上的用户m的信号干扰加噪声比及宏基站在子信道n上的用户m的信号干扰加噪声比SINRm,n；根据确定的和SINRm,n，确定系统总速率；确定系统总功率；确定系统总收集的能量；根据确定的系统总速率、系统总功率、系统总收集的能量，以最大化系统总能效为目标，建立能效优化模型。3.根据权利要求2所述的异构网络能效优化方法，其特征在于，小基站k在子信道n上的用户m的信号干扰加噪声比表示为：宏基站在子信道n上的用户m的信号干扰加噪声比SINRm,n表示为：其中，为小基站k在子信道n上的用户m的传输功率；为小基站k上在子信道n上用户m的增益；为小基站之间的同层干扰；为宏基站对小基站用户的跨层干扰；δ2表示加性高斯白噪声；表示第k个小基站在子信道n上的用户集合；pm,n为宏基站在子信道n上的用户m的传输功率；hm,n为宏基站在子信道n上用户m的增益；Mn表示宏基站在子信道n上的用户集合；Icrm,n为小基站对宏基站用户的跨层干扰。4.根据权利要求3所述的异构网络能效优化方法，其特征在于，系统总速率表示为：其中，R(P)表示系统总速率；P为功率分配矩阵；为小基站k在子信道n上的用户m的速率；Bsc表示每个子信道的带宽；rm,n＝Bsclog2(1+SINRm,n)为宏基站在子信道n上的用户m的速率；N为子信道集合；K为小基站集合。5.根据权利要求4所述的异构网络能效优化方法，其特征在于，系统总功率表示为：系统总收集的能量表示为：其中，Q(P)表示系统总功率；H(P)表示系统总收集的能量；ηj为无线携能模块的能量收集系数。6.根据权利要求5所述的异构网络能效优化方法，其特征在于，建立的能效优化模型表示为：所述能效优化模型的限定条件为：C1:C2:C3:其中，EE(P)表示能效优化模型；第一个限定条件C1用于通过速率约束保证服务质量；第二个限定条件C2为同层干扰约束；第三个限定条件C3为跨层干扰约束；表示小基站k的最小传输速率；Imax表示最大干扰约束值。7.根据权利要求6所述的异构网络能效优化方法，其特征在于，得到的罚函数为:其中，f(P,μ,ν,ξ)为无约束优化问题的罚函数；μ、ν、ξ都表示罚因子；化学反应优化算法的分子势能表示为：PE＝-f(P,μ,ν,ξ)其中，PE表示化学反应优化算法的分子势能，化学反应优化算法的目标为确定PE最小值。8.根据权利要求1所述的异构网络能效优化方法，其特征在于，所述将基站的子信道分配视为化学反应里的分子结构，通过化学反应优化算法对子信道分配进行优化，得到子信道分配的最优解包括：将基站的子信道分配视为化学反应里的分子结构，通过化学反应优化算法的四种反应过程对子信道分配进行优化，得到子信道分配的最优解，其中，四种反应包括：第一单分子对墙无效碰撞反应、第一分解反应、第一分子间无效碰撞反应以及第一合成反应；四种反应过程包括：第一单分子对墙...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海君，冯梦婷，刘玮，任冶冰，董江波，皇甫伟，隆克平，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11