一种基于中断概率和几何规划的功率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于中断概率和几何规划的功率控制方法，包括以下步骤：S1.给定信息发送方到信息接收方的数据传输模型，并构建相应的优化问题；S2.给出优化问题中需要描述的中断率的一个上界；S3.基于构建的中断率上界，将优化问题转换为几何规划问题，并进行求解，根据求解结果实现功率控制。本发明专利技术公开的基于中断概率和几何规划的功率控制方法，采用的中断率上界更接近于真实，允许更严格的平均传输时延限制，并且GP算法求解功率，按照求解结果进行功率控制，可以最小化每个块的功率的期望值，从而降低总传输功率，减小能量消耗。减小能量消耗。减小能量消耗。

【技术实现步骤摘要】
一种基于中断概率和几何规划的功率控制方法


[0001]本专利技术涉及通信领域，特别是涉及一种基于中断概率和几何规划的功率控制方法。

技术介绍

[0002]现代无线通信网络对于通信系统的可靠性与时延的要求很高。但是为了实现超可靠低延迟通信，大部分系统需要消耗较大的功率，所以通过功率控制，减少功率消耗尤为重要。通过混合自动重传请求机制实现上述目标的系统中，基于中断概率和几何规划的功率控制方法仍有待研究。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于中断概率和几何规划的功率控制方法，能够最小化每个块的功率的期望值，从而降低总传输功率，减小能量消耗。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于中断概率和几何规划的功率控制方法，包括以下步骤：
[0005]S1.给定信息发送方到信息接收方的数据传输模型，并构建相应的优化问题；
[0006]S2.给出优化问题中需要描述的中断率的一个上界；
[0007]S3.基于构建的中断率上界，将优化问题转换为几何规划问题，并进行求解，根据求解结果实现功率控制。
[0008]进一步地，所述步骤S1包括：
[0009]S101.给定信息发送方到信息接收方的数据传输模型：
[0010]设发送方需要发送t
‑
bit信息给接收方，考虑有N个衰落块的块衰落信道，假设发送方有L个天线，第n个块的信道为：
[0011]h
n
＝(h
1n
，h
2n
，...，h
Ln
)；
[0012]其中h
jn
表示第n个块第j个天线对应的信道表示为：
[0013][0014]其中β＞0，为固定的路径衰落，j＝1，2，...，L，z
jn
为相互独立且服从复高斯分布的随机变量；
[0015]通过空时编码，能够达到的最大传输速率为
[0016][0017]其中，p
n
表示第n个块发送的功率，σ2来表示背景噪声的强度；
[0018]令路径衰落和噪声的比为s：
[0019][0020]于是将能够达到的最大传输速率写为：
[0021][0022]其中，ν
n
是服从自由度d＝2L的卡方分布的随机变量：
[0023]ν
n
～χ2(d) with d＝2L；
[0024]S102.构建优化问题：
[0025]基于HARQ机制，在第n个块之后，接收方会向发送方反馈一个ACK/NACK信号，告诉发送方t
‑
bit的信息是否全部传输成功，如果传输成功，就结束HARQ，如果传输失败，就继续在第n+1个块传输信息；其中，HARQ是指混合自动重传请求；
[0026]通过递增冗余传输，前n个块的可达传输速率累计起来，用如下等式表示：
[0027][0028]由于ν
n
是服从卡方分布的随机变量，n个块后的中断率表示为：
[0029][0030]由于第n个块只会在第n
‑
1个块发生中断时才会继续，所以N个块的总的能量消耗的期望值为：
[0031][0032]其中R0＝0，同样的，平均传输时延D为：
[0033][0034]HARQ在第N个块之后结束，最终的中断率由Q
N
决定；
[0035]构建一个优化问题，在满足每个衰落块的功率小于功率上限P，中断率Q
N
小于目标中断率∈，以及平均传输时延D小于目标时延δ的条件下，最小化E：
[0036][0037]subject to Q
N
≤∈，
[0038]D≤δ，
[0039]0≤p
n
≤P
[0040]其中p＝(p1，...，p
N
)。
[0041]进一步地，所述步骤S2包括：
[0042]S201.为解决上述优化问题，提出一个中断率的上界，首先考虑一个块，在没有累计冗余的情况下，最大传输速率r
n
的CDF为
[0043][0044]其中，CDF表示累积概率分布函数，γ(
·
，
·
)表示低阶不完整伽马函数：
[0045][0046]从而r
n
的PDF为：
[0047][0048]其中，PDF表示概率密度函数；
[0049]通过功率上限P得到f
n
(r)的一个上界：
[0050][0051]从而得到F
n
(r)的一个上界：
[0052][0053]S202.接着考虑前n个块的可达传输速率之和
[0054]R
n
的PDF通过r
m
的PDF的卷积来计算，表示为：
[0055][0056]进而，R
n
的CDF为
[0057][0058]中断率Q
n
与R
n
在R
n
＝t时的CDF相等，所以
[0059]Q
n
＝G
n
(t)
[0060]进而得到中断率Q
n
的一个上界：
[0061][0062]其中A
n
(t)为
[0063][0064]且A
n
(t)与p
n
无关；当P
→
∞时，趋向于
[0065][0066]其中，为：
[0067][0068]是传统的中断概率上界，当给定t＞0时，有如下不等式：
[0069][0070]当s
→
∞时，两个不等式同时取等号。
[0071]进一步地，所述步骤S3包括：
[0072]基于中断率上界，将原有的优化问题转化为一个GP问题：
[0073][0074]其中，GP即几何规划，将原优化问题转换为一个GP问题后，通过标准的数学方法就能够实现求解，GP算法能够最小化每个块的功率的期望值，从而降低总传输功率，利用GP算法求解得到每个块的功率值，按照求解结果对每个块进行功率控制。
[0075]本专利技术的有益效果是：本专利技术中断率的上界更接近于真实，允许更严格的平均传输时延限制，并且GP算法求解功率，按照求解结果进行功率控制，可以最小化每个块的功率的期望值，从而降低总传输功率，减小能量消耗。
附图说明
[0076]图1为本专利技术的方法流程图；
[0077]图2为实施例中当N＝5，s＝2，P＝1且p
n
/P＝0.8时，真实的中断率、传统的上界以及本申请提出的上界对比示意图；
[0078]图3为实施例中当L＝1，δ＝3时，能量与路径衰落与噪声比s的示意图；
[0079]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于中断概率和几何规划的功率控制方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.给定信息发送方到信息接收方的数据传输模型，并构建相应的优化问题；S2.给出优化问题中需要描述的中断率的一个上界；S3.基于构建的中断率上界，将优化问题转换为几何规划问题，并进行求解，根据求解结果实现功率控制。2.根据权利要求1所述的一种基于中断概率和几何规划的功率控制方法，其特征在于：所述步骤S1包括：S101.给定信息发送方到信息接收方的数据传输模型：设发送方需要发送t
‑
bit信息给接收方，考虑有N个衰落块的块衰落信道，假设发送方有L个天线，第n个块的信道为：h
n
＝(h
1n
，h
2n
，...，h
Ln
)；其中h
jn
表示第n个块第j个天线对应的信道表示为：其中β＞0，为固定的路径衰落，j＝1，2，...，L，z
jn
为相互独立且服从复高斯分布的随机变量；通过空时编码，能够达到的最大传输速率为其中，p
n
表示第n个块发送的功率，σ2来表示背景噪声的强度；令路径衰落和噪声的比为s：于是将能够达到的最大传输速率写为：其中，v
n
是服从自由度d＝2L的卡方分布的随机变量：ν
n
～χ2(d)with d＝2L：S102.构建优化问题：基于HARQ机制，在第n个块之后，接收方会向发送方反馈一个ACK/NACK信号，告诉发送方t
‑
bit的信息是否全部传输成功，如果传输成功，就结束HARQ，如果传输失败，就继续在第n+1个块传输信息；其中，HARQ是指混合自动重传请求；通过递增冗余传输，前n个块的可达传输速率累计起来，用如下等式表示：
由于v
n
是服从卡方分布的随机变量，n个块后的中断率表示为：由于第n个块只会在第n
‑
1个块发生中断时才会继续，所以N个块的总的能量消耗的期望值为：其中R0＝0，同样的，平均传输时延D为：HARQ在第N个块之后结束，最终的中断率由Q
N
决定；构建一个优化问题，在满足每个衰落块的功率小于功率上限P，中断率Q
N
小于目标中断率∈，以及平均传输时延D小于目标时延δ的条件下，最小化E：subject to Q
...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈闓明，汪文宇，王蕾，
申请(专利权)人：香港中文大学深圳，
类型：发明
国别省市：