本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配和干擾對齊聯(lián)合方法。

背景技術(shù)：

隨著移動數(shù)據(jù)需求指數(shù)級的增長，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將無法支撐日益龐大的數(shù)據(jù)量，因此，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(heterogeneousnetworks,hetnets)架構(gòu)被視為能滿足未來無線數(shù)據(jù)需求的一項(xiàng)重要技術(shù)。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，宏蜂窩基站和一些低功耗的節(jié)點(diǎn)，如微蜂窩、飛蜂窩等，共用相同的信道。然而，低功耗節(jié)點(diǎn)的設(shè)置會引入干擾，這將嚴(yán)重降低異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的新能。

干擾對齊(interferencealignment,ia)技術(shù)可以將干擾信號壓縮到低的心好空間，從而將它與有用信號分離開。目前，已有一些公開的文獻(xiàn)使用ia技術(shù)提升異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中頻譜效率。b.guler,anda.yener的文獻(xiàn)”selectiveinterferencealignmentformimocognitivefemtocellnetworks,(mimo認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的選擇性干擾對齊)，”ieeej.sel.areascommun.,2014,32,(3),pp.439-450.中提出了一種選擇性干擾對齊方法，消除mimo認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的主干擾。g.liu,m.sheng,etal.的文獻(xiàn)“jointinterferencealignmentandavoidancefordownlinkheterogeneousnetworks(下行異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合干擾對齊和消除)”ieeecommun.lett.,2014,18,(8),pp.1431-1434中使用了有鏈路調(diào)度的一種兩階段干擾對齊消除了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的同層干擾。另一方面，由于綠色通信概念的持續(xù)走強(qiáng)，能量有效(energyefficient,ee)資源分配技術(shù)正不斷受到關(guān)注。s.liu,s.jin,h.zhuandk.k.,wong的論文“onimpactofrelayplacementforenergy-efficientcooperativenetworks,(能量有效的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中中繼位置的影響)”ietcommunications,2014,8,(1),pp.140-151，研究了協(xié)作無線網(wǎng)絡(luò)中的中繼位置與功率開銷對系統(tǒng)的影響。j.tang,d.so,etal.的文章“resourceallocationforenergyefficiencyoptimizationinheterogeneousnetworks,(異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的能效最優(yōu)資源分配)”ieeej.sel.areascommun.,2015,33,(10),pp.2104-2117，提出了聯(lián)合發(fā)送波束成型設(shè)計(jì)和功率分配算法，提升系統(tǒng)的能效。上述研究均只從干擾對齊角度或能效角度考察系統(tǒng)，缺乏對兩者統(tǒng)一的研究與認(rèn)識。

在實(shí)際無線通信系統(tǒng)中，完美的干擾對齊可能無法達(dá)到，并且考慮的用戶數(shù)較少。同時(shí)，對于使用干擾對齊技術(shù)的系統(tǒng)沒有進(jìn)行能量有效性的研究。本發(fā)明，針對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系，提供了一種能量有效的資源分配和干擾對齊聯(lián)合方法，既給出了干擾對齊矩陣設(shè)計(jì)方法與快速調(diào)度過程，降低了通信過程中的干擾，又給出了功率分配方案，從兩方面提升了系統(tǒng)的能效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配和干擾對齊聯(lián)合方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配和干擾對齊聯(lián)合方法，包括如下步驟：

步驟1：構(gòu)建異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的通信系統(tǒng)；

步驟2：基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下通信系統(tǒng)，分別計(jì)算飛蜂窩調(diào)度矩陣，飛蜂窩用戶通信速率，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下通信系統(tǒng)的總速率和總功耗；

步驟3：基于宏蜂窩用戶的最低速率需求、飛蜂窩用戶的信號強(qiáng)度、飛蜂窩用戶的干擾強(qiáng)度、飛蜂窩基站的調(diào)度約束、功率約束條件構(gòu)造異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配和干擾對齊聯(lián)合優(yōu)化問題；

步驟4：在用戶端和基站端進(jìn)行能量有效的飛蜂窩調(diào)度，并得到對應(yīng)的干擾對齊矩陣；

步驟5：進(jìn)行能量有效的迭代功率分配。

優(yōu)選地，所述步驟1中的通信系統(tǒng)包括：1個(gè)宏蜂窩基站bs0，k個(gè)飛蜂窩基站bs1到bsk，每個(gè)飛蜂窩基站有m個(gè)天線且第i個(gè)飛蜂窩基站bsi以d個(gè)數(shù)據(jù)流服務(wù)第i個(gè)用戶；每個(gè)用戶有n個(gè)天線用來接收數(shù)據(jù)，每個(gè)飛蜂窩基站在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)至多服務(wù)一個(gè)用戶，則第j個(gè)用戶在t時(shí)刻的接收信號yj(t)為：

式中：pj(t)表示t時(shí)刻第j個(gè)飛蜂窩基站bsj的發(fā)送功率，表示第j個(gè)用戶在t時(shí)刻接收矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，hjj(t)表示t時(shí)刻bsj到第j個(gè)用戶的信道相關(guān)矩陣，vj(t)表示t時(shí)刻bsj的預(yù)編碼矩陣，xj(t)表示t時(shí)刻bsj的發(fā)送數(shù)據(jù)，hji(t)表示t時(shí)刻第i個(gè)飛蜂窩基站bsi到第j個(gè)用戶的信道相關(guān)矩陣，vi(t)表示t時(shí)刻bsj的預(yù)編碼矩陣，xi(t)表示t時(shí)刻bsi的發(fā)送數(shù)據(jù)，nj(t)表示t時(shí)刻第j個(gè)用戶所受到的加性高斯白噪聲。

優(yōu)選地，所述步驟2中的飛蜂窩調(diào)度矩陣是指：

定義飛蜂窩調(diào)度矩陣為一個(gè)k乘k矩陣，記為x，其中，x＝[xt,j]^k×k，xt,j表示取值為0或1的變量，當(dāng)xt,j為0時(shí)，表示bsj在t時(shí)刻沒有發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)xt,j為1時(shí)，表示bsj在t時(shí)刻發(fā)送數(shù)據(jù)；x的每一行中的xt表示飛蜂窩基站在時(shí)刻t的調(diào)度情況；xt,0表示宏基站bs0在時(shí)刻t的發(fā)送情況，定義xt,0＝1，使得宏基站bs0一直發(fā)送數(shù)據(jù)；

宏蜂窩用戶和飛蜂窩用戶通信速率均由如下公式計(jì)算：

其中：

式中：rj(t)表示第j個(gè)用戶在t時(shí)刻的通信速率，pj(t)表示bsj在時(shí)刻t的發(fā)送功率，ij(t)表示第j個(gè)用戶在t時(shí)刻所受到的總干擾，σ²為噪聲功率；xt,i表示取值為0或1的變量，當(dāng)xt,i為0時(shí)，表示bsi在t時(shí)刻沒有發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)xt,i為1時(shí)，表示bsi在t時(shí)刻發(fā)送數(shù)據(jù)；pi(t)表示t時(shí)刻第i個(gè)飛蜂窩基站bsi的發(fā)送功率，宏蜂窩基站和飛蜂窩基站發(fā)送的數(shù)據(jù)流數(shù)均為d，tr(·)表示矩陣的跡，表示t時(shí)刻bsj的預(yù)編碼矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，表示t時(shí)刻第i個(gè)飛蜂窩基站bsi到第j個(gè)用戶的信道相關(guān)矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，uj(t)表示第j個(gè)用戶在t時(shí)刻接收矩陣；

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下通信系統(tǒng)的總速率的計(jì)算公式如下：

式中：rtot表示異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下通信系統(tǒng)總速率，rank(x)表示調(diào)度矩陣x的秩，r0(t)表示宏蜂窩用戶的速率；

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下通信系統(tǒng)總功耗的計(jì)算公式如下：

其中：pf＝[pt,j]^k×k，當(dāng)bsj在t時(shí)刻發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)pt,j＝pj(t)，否則為pt,j＝0；

式中：ptot表示異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下通信系統(tǒng)總功耗，pf為k乘k矩陣，表示飛蜂窩發(fā)送功率矩陣，pt,j表示基站j在t時(shí)刻的發(fā)送功率，||xpf||1表示1范數(shù)，代表飛蜂窩的發(fā)送功率之和，p0(t)表示宏蜂窩在t時(shí)刻的發(fā)送功率，pc表示宏蜂窩固定消耗功率，pid為飛蜂窩不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的固定消耗功率，rank(·)表示矩陣的求秩運(yùn)算；x表示調(diào)度矩陣。

優(yōu)選地，所述步驟3中的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配和干擾對齊聯(lián)合優(yōu)化問題是指：

式中：表示優(yōu)化的變量為x,uj(t),vj(t),pj(t),p0(t)，目標(biāo)為最大化問題；c1表示第一約束條件，即宏用戶的速率約束；c2表示第二約束條件，即飛蜂窩用戶接收有用信號的強(qiáng)度約束；c3表示第三約束條件，即飛蜂窩用戶所受干擾的強(qiáng)度約束；c4表示第四約束條件，即一個(gè)飛蜂窩基站在一次調(diào)度過程中只能發(fā)送一次；c5表示第五約束條件，即飛蜂窩基站的發(fā)送功率約束；c6表示第六約束條件，即宏蜂窩基站的發(fā)送功率約束，t表示通信的總時(shí)間，t∈{1,2,...,rank(x)}，為系統(tǒng)能量有效性；γ0表示宏蜂窩用戶的最小速率需求；ijj(t)表示飛蜂窩用戶j在t時(shí)刻的有用接收信號強(qiáng)度，pth表示飛蜂窩用戶有用接收信號強(qiáng)度閾值，ε表示飛蜂窩用戶所受干擾信號強(qiáng)度閾值，pf,max表示飛蜂窩基站的最大發(fā)送功率，pmax表示宏蜂窩基站的最大發(fā)送功率。

優(yōu)選地，所述步驟4包括：

步驟4.1：給定基站端預(yù)編碼矩陣v(t)，在基站端進(jìn)行能量有效的飛蜂窩調(diào)度，并得到用戶端的干擾對齊矩陣u(t)，即用戶接收矩陣；

步驟4.2：根據(jù)步驟4.1得到的用戶端干擾對齊矩陣u(t)，在用戶端進(jìn)行能量有效的飛蜂窩調(diào)度，并得到基站端的干擾對齊矩陣，即基站端預(yù)編碼矩陣。

優(yōu)選地，所述步驟4.1包括：

步驟4.1.1：根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)pth、ε、γ0、v(t)，t＝1，基站采用最大功率，宏蜂窩基站在每次調(diào)度時(shí)都進(jìn)行傳輸，讓所有飛蜂窩基站也同時(shí)傳輸，得到每個(gè)傳輸用戶所受到的干擾矩陣ij(t)；根據(jù)分布式干擾對齊算法，求解ij(t)的d個(gè)最小特征值對應(yīng)的特征向量u1(t),u2(t),...,ud(t)，ui(t)表示第i小特征值對應(yīng)的特征向量，并利用這些特征向量生成用戶j的接收矩陣uj(t)，即干擾對齊矩陣；計(jì)算公式如下：

uj(t)＝span([u1(t),u2(t),...,ud(t)])；

式中：span(·)表示向量的生成子空間運(yùn)算；

若存在用戶的qos無法保障，即不同時(shí)滿足第一約束條件c1，第二約束條件c2，第三約束條件c3，則令所受干擾最大的飛蜂窩用戶i本次不發(fā)送數(shù)據(jù)，即xt,i＝0；

步驟4.1.2：令對應(yīng)xt,j＝1，令t的值增加1，對剩下的用戶執(zhí)行步驟4.1.1，當(dāng)所有本次傳輸?shù)挠脩敉瑫r(shí)滿足第一約束條件c1，第二約束條件c2，第三約束條件c3，即獲得相應(yīng)的干擾對齊矩陣時(shí)結(jié)束；或者當(dāng)所有飛蜂窩基站都發(fā)送一次時(shí)結(jié)束。

優(yōu)選地，所述步驟4.2包括：

步驟4.2.1：根據(jù)步驟4.1得到的uj(t)，并令其中，表示t時(shí)刻用戶j到第i個(gè)飛蜂窩基站bsi的信道相關(guān)矩陣，表示算法在用戶端運(yùn)行時(shí)對應(yīng)的預(yù)編碼矩陣，即

根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)pth、ε、γ0、v(t)，t＝1，采用最大功率發(fā)送，宏用戶在每次調(diào)度時(shí)都進(jìn)行傳輸，讓所有飛蜂窩用戶也同時(shí)傳輸，得到每個(gè)傳輸用戶所受到的干擾矩陣ij(t)；根據(jù)分布式干擾對齊算法，求解ij(t)的d個(gè)最小特征值對應(yīng)的特征向量u1(t),u2(t),...,ud(t)，ui(t)表示第i小特征值對應(yīng)的特征向量，并利用這些特征向量生成基站j的接收矩陣uj(t)，即干擾對齊矩陣；計(jì)算公式如下：

uj(t)＝span([u1(t),u2(t),...,ud(t)])；

式中：span(·)表示向量的生成子空間運(yùn)算；

若存在用戶的qos無法保障，即不同時(shí)滿足第一約束條件c1，第二約束條件c2，第三約束條件c3，則令所受干擾最大的飛蜂窩用戶i本次不發(fā)送數(shù)據(jù)，即xt,i＝0；

步驟4.2.2：令對應(yīng)xt,j＝1，令t的值增加1對剩下的用戶執(zhí)行步驟4.2.1，當(dāng)所有本次傳輸?shù)挠脩敉瑫r(shí)滿足第一約束條件c1，第二約束條件c2，第三約束條件c3，即獲得相應(yīng)的干擾對齊矩陣時(shí)結(jié)束；或者當(dāng)所有飛蜂窩用戶都發(fā)送一次時(shí)結(jié)束。

優(yōu)選地，所述步驟5包括：

步驟5.1：將步驟3中的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配和干擾對齊聯(lián)合優(yōu)化問題進(jìn)行變形，得到每個(gè)調(diào)度時(shí)隙的優(yōu)化問題，然后轉(zhuǎn)化為新的優(yōu)化問題，求解最優(yōu)能效和最優(yōu)功率分配；

步驟5.2：使用一階凸近似處理步驟5.1中新的優(yōu)化問題，采用迭代求解一階凸近似處理后的最優(yōu)功率分配。

優(yōu)選地，所述步驟5.1中的每個(gè)調(diào)度時(shí)隙的優(yōu)化問題是指：

式中：用戶速率j∈{0,1,...,k}，r0表示每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的r0(t)，pj為飛蜂窩基站j的功率分配因子，gj,i為基站i到用戶j的有效信道增益；pj,max表示基站j的最大發(fā)送功率，pid表示飛蜂窩不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的固定消耗功率，p0表示宏蜂窩基站的功率分配因子；

新的優(yōu)化問題是指：

式中：η為最大能效，定義為p為功率pj組成的向量；c1'表示宏蜂窩用戶速率約束的變形，c2'表示飛蜂窩用戶有用信號約束，g0,0表示宏蜂窩基站到宏蜂窩用戶的有效信道增益，gj,j表示飛蜂窩基站j到飛蜂窩用戶j的有效信道增益，g0,i表示飛蜂窩基站i到宏蜂窩用戶的有效信道增益，σ²表示噪聲功率；

求解最優(yōu)能效和最優(yōu)功率分配方法為：

設(shè)定最大迭代次數(shù)l，最大誤差容忍值δ1＞0，迭代次數(shù)l＝0，給定初始能效ηl；

在給定ηl時(shí)，求解新的優(yōu)化問題，即得到第l次迭代的最優(yōu)功率分配方案并計(jì)算中間誤差變量，計(jì)算公式如下：

令令l的值增加1；直到|d^l-1|<δ1或者達(dá)到最大迭代次數(shù)l時(shí)結(jié)束；

式中：d^l表示總速率與能效乘以總功率計(jì)算的差值，表示第l次迭代時(shí)的最優(yōu)功率分配方案，表示最優(yōu)功率分配方案時(shí)的總速率，表示最優(yōu)功率分配方案時(shí)的總功率，d^l-1表示第l-1次迭代時(shí)的總速率與能效乘以總功率計(jì)算的差值，ηl表示第l次迭代時(shí)的系統(tǒng)能效，ηl+1表示l+1次迭代時(shí)的系統(tǒng)能效。

優(yōu)選地，所述步驟5.2包括：

步驟5.2.1：使用一階凸近似處理步驟5.1中新的優(yōu)化問題；具體地如下：

其中：

式中：f(p)表示凸近似處理后的中間變量，g(p^l)表示凸近似處理后的中間變量，g′(p^l)^t表示函數(shù)關(guān)于p^l的導(dǎo)數(shù)轉(zhuǎn)置，pi,max表示基站i的最大發(fā)送功率，pi表示基站i的功率分配因子，gj,i表示基站i到用戶j的有效信道增益，g′(·)表示求導(dǎo)運(yùn)算，p^l表示第l次迭代后的發(fā)送功率；

迭代求解最優(yōu)功率分配是指：

設(shè)置迭代次數(shù)l＝0，最大誤差容忍值δ2＞0，初始化p^l的值，d^l＝f(p^l)-g(p^l)；

式中：f(p^l)表示f函數(shù)關(guān)于p^l的值；

步驟5.2.2：求解凸近似處理后的問題得到最優(yōu)功率分配方案p^*；

步驟5.2.2.1：設(shè)置迭代次數(shù)為l，計(jì)算中間誤差變量d^l：

d^l＝f(p^l)-g(p^l)；

步驟5.2.2.2：令令l的值增加1，且p^l＝p^*，判斷|d^l-d^l-1|是否小于等于δ2，若大于δ2，則執(zhí)行步驟5.2.2.1；若小于等于δ2，則結(jié)束。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明提供的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配和干擾對齊聯(lián)合方法針對飛蜂窩、宏蜂窩共存的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的能量有效問題，給出了快速飛蜂窩調(diào)度方案，同時(shí)得到干擾對齊算法中的基站預(yù)編碼矩陣、用戶端接收矩陣，降低了通信過程中的干擾，提升了系統(tǒng)的能效。

2、本發(fā)明提供的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配和干擾對齊聯(lián)合方法給出了最優(yōu)功率分配方案，保障了宏蜂窩用戶和飛蜂窩用戶的通信性能，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的能量有效性。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：

圖1為調(diào)度矩陣在秩不同情況下的系統(tǒng)能量有效性對比圖。

圖2為不同飛蜂窩數(shù)目時(shí)最大頻效方法、干擾對齊調(diào)度方法、能量有效的資源分配以及干擾對齊聯(lián)合方法的系統(tǒng)能效對比圖。

圖3為不同飛蜂窩數(shù)目時(shí)，使用干擾對齊調(diào)度、不使用干擾對齊調(diào)度方法的系統(tǒng)成功傳輸百分比對比圖。

圖4為宏蜂窩閾值不同時(shí)，系統(tǒng)能效迭代收斂示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

根據(jù)本發(fā)明提供的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配和干擾對齊聯(lián)合方法，包括如下步驟：

步驟1：構(gòu)建異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的通信系統(tǒng)；

步驟2：基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下通信系統(tǒng)，分別計(jì)算飛蜂窩調(diào)度矩陣，飛蜂窩用戶通信速率，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下通信系統(tǒng)的總速率和總功耗；

步驟3：基于宏蜂窩用戶的最低速率需求、飛蜂窩用戶的信號強(qiáng)度、飛蜂窩用戶的干擾強(qiáng)度、飛蜂窩基站的調(diào)度約束、功率約束條件構(gòu)造異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配和干擾對齊聯(lián)合優(yōu)化問題；

步驟4：在用戶端和基站端進(jìn)行能量有效的飛蜂窩調(diào)度，并得到對應(yīng)的干擾對齊矩陣；

步驟5：完成能量有效的迭代功率分配。

所述步驟1中的通信系統(tǒng)包括：1個(gè)宏蜂窩基站(macrocellbasestation,mbs)bs0，k個(gè)飛蜂窩基站(femtocellbasestation,fbs)bs1到bsk，每個(gè)飛蜂窩基站有m個(gè)天線且第i個(gè)飛蜂窩基站bsi以d個(gè)數(shù)據(jù)流服務(wù)第i個(gè)用戶，記為；每個(gè)用戶有n個(gè)天線用來接收數(shù)據(jù)，每個(gè)飛蜂窩基站在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)至多服務(wù)一個(gè)用戶，則第j個(gè)用戶在時(shí)隙t的接收信號yj(t)為：

式中：pj(t)表示t時(shí)刻第j個(gè)飛蜂窩基站bsj的發(fā)送功率，表示第j個(gè)用戶在t時(shí)刻接收矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，hjj(t)表示t時(shí)刻bsj到用戶j的信道相關(guān)矩陣，vj(t)表示t時(shí)刻bsj的預(yù)編碼矩陣，xj(t)表示t時(shí)刻bsj的發(fā)送數(shù)據(jù)，hji(t)表示t時(shí)刻第i個(gè)飛蜂窩基站bsi到用戶j的信道相關(guān)矩陣，vi(t)表示t時(shí)刻bsj的預(yù)編碼矩陣，xi(t)表示t時(shí)刻bsi的發(fā)送數(shù)據(jù)，nj(t)表示t時(shí)刻用戶j所受到的加性高斯白噪聲。

所述步驟2中的飛蜂窩調(diào)度矩陣是指：

定義飛蜂窩調(diào)度矩陣為一個(gè)k乘k矩陣，記為x，其中，x＝[xt,j]^k×k，xt,j表示取值為0或1的變量，當(dāng)xt,j為0時(shí)，表示bsj在時(shí)刻t沒有發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)xt,j為1時(shí)，表示bsj在時(shí)刻t發(fā)送數(shù)據(jù)；x的每一行中的xt表示飛蜂窩基站在時(shí)刻t的調(diào)度情況定義xt,0＝1，使得bs0(宏基站)一直發(fā)送數(shù)據(jù)；

用戶通信速率的計(jì)算公式如下：

其中：

式中：rj(t)表示用戶j在時(shí)刻t的通信速率，pj(t)表示bsj在時(shí)刻t的發(fā)送功率，ij(t)表示用戶j在時(shí)刻t所受到的總干擾，σ²為噪聲功率；pi(t)表示t時(shí)刻第i個(gè)飛蜂窩基站bsi的發(fā)送功率，表示t時(shí)刻bsj的預(yù)編碼矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，表示t時(shí)刻第i個(gè)飛蜂窩基站bsi到用戶j的信道相關(guān)矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，uj(t)表示第j個(gè)用戶在t時(shí)刻接收矩陣；

通信系統(tǒng)的總速率的計(jì)算公式如下：

式中：rtot表示異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下通信系統(tǒng)總速率，rank(x)表示調(diào)度矩陣x的秩，r0(t)表示宏用戶的速率(即用戶0)；

通信系統(tǒng)總功耗的計(jì)算公式如下：

其中：pf＝[pt,j]^k×k，當(dāng)bsj在時(shí)隙t發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)pt,j＝pj(t)，否則為pt,j＝0.

式中：ptot表示異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下通信系統(tǒng)總功耗，pf為k乘k矩陣，表示飛蜂窩發(fā)送功率矩陣，p0(t)表示宏蜂窩在時(shí)刻t的發(fā)送功率，pc表示宏蜂窩固定消耗功率，pid為飛蜂窩不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的固定消耗功率。

所述步驟3中的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配和干擾對齊聯(lián)合優(yōu)化問題是指：

式中：為系統(tǒng)能量有效性；γ0表示宏蜂窩用戶的最小速率需求；ijj(t)表示飛蜂窩用戶j在t時(shí)刻的有用接收信號強(qiáng)度，pth表示飛蜂窩用戶有用接收信號強(qiáng)度閾值，ε表示飛蜂窩用戶所受干擾信號強(qiáng)度閾值，pf,max表示飛蜂窩基站的最大發(fā)送功率，pmax表示宏蜂窩基站的最大發(fā)送功率。

所述步驟4包括：

步驟4.1：在bs端進(jìn)行能量有效的飛蜂窩調(diào)度，并得到干擾對齊矩陣；

步驟4.2：在用戶端進(jìn)行能量有效的飛蜂窩調(diào)度，并得到干擾對齊矩陣。

所述步驟4.1包括：

步驟4.1.1：根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)pth、ε、γ0、v(t)，t＝1，基站采用最大功率，宏蜂窩基站在每次調(diào)度時(shí)都進(jìn)行傳輸，讓所有飛蜂窩基站也同時(shí)傳輸，得到每個(gè)傳輸用戶所受到的干擾矩陣ij(t)；根據(jù)分布式干擾對齊算法，求解ij(t)的d個(gè)最小特征值對應(yīng)的特征向量并利用這些特征向量生成用戶j的接收矩陣uj(t)，即干擾對齊矩陣；計(jì)算公式如下：

若存在用戶的qos無法保障，即不同時(shí)滿足第一約束條件c1，第二約束條件c2，第三約束條件c3，則令所受干擾最大的飛蜂窩用戶i本次不發(fā)送數(shù)據(jù)，即xt,i＝0；

步驟4.1.2：令對應(yīng)xt,j＝1，t＝t+1，對剩下的用戶執(zhí)行步驟4.1.1，當(dāng)所有本次傳輸?shù)挠脩敉瑫r(shí)滿足第一約束條件c1，第二約束條件c2，第三約束條件c3，即獲得相應(yīng)的干擾對齊矩陣時(shí)結(jié)束；或者當(dāng)所有飛蜂窩基站都發(fā)送一次時(shí)結(jié)束。

所述步驟4.2包括：步驟4.2.1：根據(jù)步驟4.1得到的uj(t)，并令預(yù)設(shè)的參數(shù)pth、ε、γ0的值，

在用戶端重復(fù)4.1的方法。

所述步驟5包括：

步驟5.1：將步驟3中的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配和干擾對齊聯(lián)合優(yōu)化問題進(jìn)行變形，得到每個(gè)調(diào)度時(shí)隙的優(yōu)化問題，然后轉(zhuǎn)化為新的優(yōu)化問題，求解最優(yōu)能效和最優(yōu)功率分配；

步驟5.2：使用一階凸近似處理步驟5.1中新的優(yōu)化問題，采用迭代求解最優(yōu)功率分配。

所述步驟5.1中的每個(gè)調(diào)度時(shí)隙的優(yōu)化問題是指：

式中：用戶速率pj為功率分配因子，gj,i為基站i到用戶j的有效信道增益；

新的優(yōu)化問題是指：

式中：η為最大能效，定義為p為功率pj組成的向量；求解最優(yōu)能效和最優(yōu)功率分配方法為：

設(shè)定最大迭代次數(shù)l，最大誤差容忍值δ1＞0，迭代次數(shù)l＝0，給定初始能效ηl；

在給定ηl時(shí)，求解新的優(yōu)化問題，即得到第l次迭代的最優(yōu)功率分配方案并計(jì)算中間誤差變量，計(jì)算公式如下：

令l＝l+1；直到|d^l-1|<δ1或者達(dá)到最大迭代次數(shù)l時(shí)結(jié)束。

所述步驟5.2包括：

步驟5.2.1：使用一階凸近似處理步驟5.1中新的優(yōu)化問題；具體地如下：

其中：

迭代求解最優(yōu)功率分配是指：

設(shè)置迭代次數(shù)l＝0，最大誤差容忍值δ2＞0，初始p^l，d^l＝f(p^l)-g(p^l)；

步驟5.2.2：求解凸近似處理后的問題得到最優(yōu)功率分配方案p^*；

步驟5.2.2.1：設(shè)置迭代次數(shù)為l，計(jì)算中間誤差變量d^l：

d^l＝f(p^l)-g(p^l)；

步驟5.2.2.2：令l＝l+1,p^l＝p^*，判斷|d^l-d^l-1|是否小于等于δ2，若大于δ2，則執(zhí)行步驟5.2.2.1；若小于等于δ2，則結(jié)束。

更進(jìn)一步地，本實(shí)施例中，所用的參數(shù)如下：宏蜂窩半徑為500米，飛蜂窩半徑為30米；載波頻率為2ghz，總帶寬為10mhz；從基站到用戶的路損為128.1+37.6log10(r)[db]；宏基站的最大發(fā)送功率為pmax＝46dbm，飛蜂窩基站的最大發(fā)送功率為pj,max＝30dbm；宏基站的靜態(tài)功耗為pc＝40dbm，飛蜂窩的閑置功耗為pid＝20dbm；天線數(shù)目為m＝n＝2數(shù)據(jù)流數(shù)為d＝1，宏用戶速率閾值為r0＝2bit/s/hz，飛蜂窩qos為pth＝10^-7mw，ε＝10^-9mw；圖4中三個(gè)閾值為r0＝1bit/s/hz、r0＝2bit/s/hz、r0＝3bit/s/hz。

實(shí)施例步驟如下：

步驟s1：定義飛蜂窩調(diào)度矩陣x＝[xt,j]^k×k，為一個(gè)k乘k矩陣，其中xt,j為0,1變量，當(dāng)為0時(shí)，表示bsj在時(shí)刻t沒有發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)為1時(shí)，表示bsj在時(shí)刻t發(fā)送數(shù)據(jù)。x的每一行，xt表示飛蜂窩bs在時(shí)刻t的調(diào)度情況。定義xt,0＝1確保bs0(宏基站)一直發(fā)送數(shù)據(jù)。在圖1中，共有k＝20個(gè)飛蜂窩基站。

用戶通信速率是指：

系統(tǒng)總速率是指：

系統(tǒng)總功耗是指：

為系統(tǒng)能量有效性。

步驟s2：異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配和干擾對齊聯(lián)合優(yōu)化問題是指：

步驟s3：在bs端進(jìn)行能量有效的飛蜂窩調(diào)度同時(shí)得到干擾對齊矩陣；在用戶端進(jìn)行能量有效的飛蜂窩調(diào)度同時(shí)得到干擾對齊矩陣。

步驟s4：對每個(gè)調(diào)度時(shí)隙進(jìn)行優(yōu)化；

新的優(yōu)化問題是指：

步驟s5：一階凸近似處理；

圖1展示了系統(tǒng)能效隨著調(diào)度矩陣的秩變化，當(dāng)秩越大時(shí)，即調(diào)度時(shí)間越長時(shí)，系統(tǒng)能效越低。這說明，使用快速調(diào)度方案可以提升系統(tǒng)能效。圖2展示了不同飛蜂窩數(shù)目時(shí)最大頻效方法、干擾對齊調(diào)度方法、能量有效的資源分配和干擾對齊聯(lián)合方法的系統(tǒng)能效對比。從圖中可以看出，干擾對齊調(diào)度方法對比最大頻效方法可以提升系統(tǒng)能效。同時(shí)結(jié)合功率分配的聯(lián)合方法能極大提升系統(tǒng)能效。圖3為使用干擾對齊調(diào)度和不使用干擾對齊調(diào)度方法的系統(tǒng)成功傳輸百分比對比圖。由圖可知，干擾對齊調(diào)度方法可以保障系統(tǒng)成功傳輸。圖4為宏蜂窩閾值不同時(shí)，系統(tǒng)能效迭代收斂示意圖?？梢钥闯鏊岱椒梢栽?0次迭代以內(nèi)收斂，并且宏蜂窩閾值越大，系統(tǒng)能效越低。

以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相互組合。