一种用于lte系统中能效优化的联合动态资源分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种资源联合分配的动态资源分配方法，属于无线与移动通信技术领 域，尤其是涉及一种用于LTE(LongTermEvolution,长期演进）系统中能效优化的联合动 态资源分配方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代通信技术和社会科学技术的高速发展及4G技术在全球范围的商用逐 步开展，新兴业务和移动应用的爆炸性增长，移动用户对传输速率提出了更高的要求。 LTE(LongTermEvolution，长期演进）通信系统作为3G向4G的过渡技术，在可以预见的 未来定将为人类带来全新的通信服务体验。
[0003] 然而，随着用户数量激增及网络规模不断扩张，移动通信系统能耗急剧增加，弓丨 起运营商和全社会的广泛关注。面对移动通信能耗问题的严峻挑战，优化移动通信系统 能耗、提高其能源使用效率成为移动通信发展的必然趋势，绿色移动通信概念也因此应 运而生。绿色移动通信将"绿色"的概念融入移动通信，在移动通信系统演进及其服务 能力提高的同时，注重资源使用效率，节约系统运营所需能耗，降低运营成本（Operating Expense, 0PEX)〇
[0004] 传统的通信系统主要侧重频谱效率的提高，而忽略了能量效率。且已有的能效与 频效折中的方法中，需要逐步迭代逼近搜索以求得最优资源分配，复杂度过高，难以应用于 实际通信° 文献（''TrendsinGreenWirelessAccessNetworks,〃inCommunications Workshops(ICC)，2011IEEEInternationalConferenceon, 2011，pp. 1-5)提出了一种适 用于多载波的基于能效优化的链路自适应算法。然而上述文献都没有考虑用户的服务质量 如各用户最低数据传输速率要求以及基站最大传输功率，因此难以应用于实际系统。文献 (''Energy-EfficientLinkAdaptationonaRayleighFadingChannelwithReceiver CSI,"inCommunications(ICC), 2011IEEEInternationalConferenceon,2011,pp. 1-5) 在考虑用户最低传输速率要求的前提下，提出了一种使得能效最优的最优功率闭式解 的资源分配方法，然而该方法只能应用于单用户单载波系统且电路功率建模为常数，极 大地限制了该方法的应用。文献（〃AnAccurateClosed-FormApproximationofthe EnergyEfficiency-SpectralEfficiencyTrade-〇ffovertheMIM0RayleighFading Channel,〃inCommunicationsWorkshops(ICC), 2011IEEEInternationalConference on, 2011，pp. 1-6)提出了一种求解近似最优能效的迭代资源分配算法，该算法包括内部迭 代和外部迭代，以逐步搜索的形式求取近似最优解，实施复杂度过高。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有技术LTE下行系统中现有的资源分配方法中存在的上述技术问 题，提出了一种用于LTE系统中能效优化的联合动态资源分配方法。
[0006] 本发明解决上述技术问题的技术方案是，提出一种用于LTE系统中能效优化的联 合动态资源分配方法，所述方法包括：参数初始化，用户-RB调度，速率分配，功率分配，具 体为，对所有用户进行RB分配，每个RB分配给不同的用户；RB分配完成后，进行各用户的 速率分配，进行各个用户的功率分配。
[0007] 其中，功率分配包括：根据所有用户的信道信息增益矩阵H，选取用户t在H中信 道信息增益hk，n最大的传输信道增益，基站eNB调度用户fc，为用户t分配无功率限制要求 及无速率约束条件下能效最优时所对应的极值传输速率建立最优能效模型，确定用户 所需的传输功率；如果传输功率满足最优化能效模型中功率约束条件，则该用户RB分配完 毕，否则，在未分配的RB中选择信道增益最大的RB为传输功率不满足最优化能效模型中功 率约束条件的用户进行二次调度，并重新计算所需的传输功率，直至所有用户所需的传输 功率满足功率约束条件或所有RB分配完毕。
[0008] 对不满足传输功率约束条件的用户进行二次调度，在剩余的RB中为用户t选择 信道增益最大的RB进行调度，并重新计算用户所需的传输功率。直至所有用户所需的传输 功率满足其功率约束条件或所有RB分配完毕。对于RB分配完毕后仍然没有达到功率约束 条件的用户，则通过适当降低某些用户的传输速率来保证资源调度成功率。
[0009] 基站eNB调度用户进一步包括：根据公式：义=乂U失更新用户（已分配的 RB集合，根据公式：mk=mk+l更新已分配的BR数目，根据公式：1=1 更新未分配的 RB集合，根据公式：更新未分配RB的用户集合。对各用户进行速率分配具体 包括：计算各个用户在满功率发射使得频谱效率最大时所对应的速率计算各个用户在 已分配的RB集合上无功率限制要求及无速率约束条件下的极值速率Rk%根据各用户要求 的最小速率A，调用公式：A,v" =min(max(/?/，/()，先）获取满足用户QoS约束条件下的最 优传输速率。当元<夂<^*时，用户k的传输速率由极值速率调整为夂；当尾<况/<夂时， 用户k的传输速率保持极值速率；当/?/<々,<免时，用户k的传输速率由极值速率调整为
[0010] 根据已分配的RB集合和用户的速率进行各个用户的功率分配，具体包括：根据公 式
-算各个用户在已分配的RB集合及速率下的传输功率。根据 公式：
:十算用户k在已分配的RB集合上无速率 要求及无功率限制的极限速率Rk%其中，WJ?)表示为Lambertw函数，^为用户k已分配 的RB集合中分配功率大于零的RB数目，e为自然常数，么"为按照降序排列后的信道增益 噪声比，Ps，k各为各个用户电路的偏置功率，B为带宽。
[0011] 本发明通过能量效率在各用户最大传输功率受限条件，提出一种用于LTE系统中 能效优化的联合动态资源分配方法，并且满足各用户的QoS要求。利用LTE系统能量效率 是关于频谱效率的凸函数，而频谱效率对于速率又是严格递增的，即能量效率也是速率的 凸函数。当用户调度完毕，即RB分配确定后能效函数为分段可导连续函数，求解出无约束 条件下的最优解，与要求的最小速率即最大速率进行比较，从而得出满足约束条件下的最 优速率闭式解。该方法与现有的方法相比，不需要大量逐步逼近搜索即可求出最优解，有效 降低了计算复杂度，更加适用于实际应用。保证能效优化的基础上，也保证了一定的频谱效 率，避免频带资源浪费，取得了频效与能效很好的折中。能效优化使通信更加节能环保，使 绿色通信的实现成为可能。
【附图说明】
[0012] 图1用于LTE系统中能效优化的联合动态资源分配方法总示意图；
[0013] 图2用于LTE系统中能效优化的联合动态资源分配方法用户-RB调度流程示意 图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图和具体实施例，给出本发明所提供的一种用于LTE系统中能效优化 的联合动态资源分配方法进行更详细的说明。
[0015] 在阐述具体实施例方式之前，首先对所用的数学模型进行介绍：
[0016] 以最优化能量效率问题作为例子，假设eNB可以准确获得所有用户的的信道状态 信息（CSIT)，信道是块衰落信道，即每个用户的信道在一个符号间隔（TTI)内保持不变，而 在不同的TTIh是相互妯立的。律立最优化能效樽型： - - 1 LULCI丄 '
-
[0023] 电路功率包括固定的偏执功率和动态功率两部分，动态功率可以表示成传输速率 的线性函数，即 < =乃,k +MA(6)，
[0024] 其中，R表示系统总速率，Pt表示系统总传输功率，P。表示电路功率，A表示功率 放大器效率，Nk表示用户k被分配的资源块RB集合，Nk,表示用户k被分配的资源块RB集 合，N表示系统中资源块RB集合，Rk表示用户k的传输速率，瓦表示用户k服务质量要求的 最小速率限制，K表示激活用户集合，Pt(rtal系统总功率限制。
[0025] 根据模型确定约束条件，上述模型中第一个约束条件表示每个RB只能同时分配 给一个用户，第二个约束条件表示全部RB都要分配给用户，第三个约束条件表示各用户 须满足最低传输速率要求，第四个约束条件表示各个用户的总传输功率受限（功率约束条 件），y为电路功率动态系数。
[0026] 下面针对本发明的联合动态资源分配方法进行说明，具体流程示意图如图1所 示，包括：参数初始化；用户-RB调度；速率分配；功率分配。其中，
[0027] 参数初始化可包括对如下参数的初始化：系统总带宽为W，RB数目N，用户数目K， 各用户的最小速率要求A，各个用户在各信道上的平均信道增益hk，n，其中，k=