基于进退法和黄金分割法的高能效资源优化方法

摘要

本发明公开了一种基于进退法和黄金分割法的高能效资源优化方法，包括在保证D2D用户自身在所占用频谱资源上能效最优前提下，建立了D2D通信系统能效的数学模型；通过分析发现该数学模型可分解为两层独立的优化问题：第一层为功率控制，第二层为资源分配；在第一层优化问题中首先考虑了每组D2D用户分别在各自的可行资源上对自身能效进行优化，并证明了相应的能效函数具有递减或者先递增后递减的性质，它就一定存在最优解，采用进退法和黄金分割法求得了最优解；第二层优化问题中提出了一种启发式资源分配算法。本发明能够提高移动通信D2D系统能效，满足绿色通信和延长移动终端电池使用时间的要求。

主权项

基于进退法和黄金分割法的高能效资源优化方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)建立能效的目标函数，如式(1)${\mathrm{maxU}}_{EE}=\underset{i=1}{\overset{N_d}{\Sigma }}\frac{\underset{j=1}{\overset{M}{\Sigma }}{x}_{i,j}·R\left(p_{i,j}\right)}{\underset{j=1}{\overset{M}{\Sigma }}{x}_{i,j}·p_{i,j}+P_C}---\left(1\right)$该目标函数包括如下约束条件：①每组D2D对的最低传输速率要求，即最低传输速率不能小于γ_i，不同组的D2D对的最低传输速率相同或者不同：$R\left(p_{i,j}\right)\ge {\gamma }_i,\forall i,\forall j$②与一组D2D对共享相同资源块的蜂窝用户对该组D2D对中的两个D2D用户的干扰功率必须小于一定值τ：$p_{I,k,i}·h_{k,i}\le \tau ,\forall x_{i,j}=1$③x_i,j取1表示第i组D2D对选择第j个资源块进行复用，x_i,j取0表示第i组D2D对不选择第j个资源块进行复用：$x_{i,j}\in \{0,1\},\forall i,\forall j$④每组D2D对能且只能复用一个蜂窝用户的资源块：$\underset{j=1}{\overset{M}{\Sigma }}{x}_{i,j}=1,\forall i$⑤每个蜂窝用户的资源块最多只能被一组D2D对复用：$\underset{i=1}{\overset{N_d}{\Sigma }}{x}_{i,j}\le 1,\forall j$⑥D2D用户的最大传输功率限定：$0\le p_{i,j}\le p_{max},\forall i,\forall j$每组D2D对中包含两个D2D用户，其中一个为接收用户，另一个为发送用户；其中：N_d表示D2D对的组数，M表示可分配资源块的个数，i表示第i组D2D对，j表示第j个资源块，k表示与第i组D2D对复用相同资源块的蜂窝用户的序号；U_EE表示所有D2D对的能效之和；表示第i组D2D对复用第j个资源块时的速率；p_i,j表示第i组D2D对在第j个资源块上的传输功率，P_C表示移动终端上电路所消耗的功率，w表示资源块的带宽，h_D,i表示同一组D2D对中发射用户和接收用户之间的信道增益，p_I,k,i表示与一组D2D对共享资源块的蜂窝用户的发射功率，h_k,i表示共享同一资源块的蜂窝用户与D2D对中的接收用户间的信道增益，σ²表示高斯白噪声的方差；(2)若x_i,j取定值，就去除了原优化问题中D2D对之间的耦合，即将目标函数分成两层独立的优化问题，其中第一层优化问题为功率控制问题，第二层优化问题为资源分配问题；(3)第一层优化问题中，每组D2D对在固定资源上的能效函数U(p_i,j)表示为：$U\left(p_{i,j}\right)=\frac{R\left(p_{i,j}\right)}{p_{i,j}+P_C}=\frac{w·{\log }_2\left(1+\frac{p_{i,j}·h_{D,i}}{p_{I,k,i}·h_{k,i}{\sigma }^2}\right)}{p_{i,j}+P_C},\forall i,\forall j---\left(2\right)$该能效函数具有递减或先递增后递减的性质，每组D2D对各自采用进退法和黄金分割法求得各自的最优解；(4)第二层优化问题中，采用启发式资源分配算法进行资源分配，确定每组D2D对所复用的资源。