面向高铁D2D用户传输速率需求的发射功率控制方法

技术特征：
1.面向高铁d2d用户传输速率需求的发射功率控制方法，其特征在于：假设一个带有d2d模式的蜂窝系统中有一辆高铁正在通行，有一个基站b，m个蜂窝用户c,n对d2d用户，传统的车内用户直接与车外基站直接通信的架构，使得外部无线信号在车体中的穿透损耗较大，令信号的覆盖成为问题。基于高铁用户速率需求的d2d功率控制方法，可以动态调整蜂窝用户处和d2d用户处的功率分配，减少d2d链路和蜂窝链路之间的干扰，提升高铁用户信号不佳情况下的通信服务质量。定义d2d用户i的收益函数，可表示为：其中，p
i
是d2d用户i的发射功率，p
b
表示基站的发射功率，μ
i
为d2d用户基本速率需求，σ2为基站的背景噪声功率，s
i
表示发送数据得大小，l为高铁火车全长，l为l
i,t
、l
i,r
之和，l
i,t
、l
i,r
分别为d2d用户i的发射端和接收端到基站的距离，θ
i,t
、θ
i,r
分别表示发射端和接受端与基站的夹角，g
ij
为相应的设备i到j的信道增益g
ij
＝d
ij-α
ln|h
ij-ζ|，ζ为信道损耗系数，g
bi
为基站到d2d用户i的信道增益。考虑到蜂窝网络中对根据d2d用户的数据流量传输速率进行计费的情况，各d2d用户的使用带宽b都一致，则d2d用户的代价函数表示如下：其中,λ、β为权重系数，γ
i
为d2d用户i的实际信干比，w
i
是d2d用户的发射频率。在蜂窝网络中，每个d2d用户相应的调整自己的发射功率来最大化其效益，本模型即可以让每个d2d用户在高铁通信质量不好的情况下，以最低的发射功率维持自己的基本速率。结合其效益函数和代价函数得到效用函数模型，其数学模型满足为：其中，p
i
为d2d用户的发射功率，j
i
(p
i
,μ
i
)为效益函数，c(p
i
，μ
i
)表示为代价函数模型，θ为常数。可求得其效用函数的表达式为：其中，c1、c2不全为0的常数，为简化模型，取c1＝c2＝1，u
*
(p
i
,μ
i
)为特解且在这个通信模型中，存在着非合作博弈，每个发射设备都希望通过改变发射功率从而使得自己的效用函数最大，为了使效用最大，优化函数为：
s.t.p
i
∈[p
imin
,p
imax
]其中，p
imin
是最小用户发射功率，p
imax
是最大用户发射功率。在这个存在着非合作博弈的通信模型中，每个发射设备的发射功率都会达到纳什均衡状态，上式中的优化问题可以通过寻找纳什均衡点来解决，用效用函数对p
i
求一阶导数等于零，可得：其中，可解得此时p
i
的值为纳什均衡点，模型到达纳什均衡状态，任何通信设备都无法通过改变自己的功率策略来增大自己的收益，即其中p*为第i对d2d用户发射设备的纳什均衡功率，表示除第i对d2d用户发射设备的其他所有发射设备的发射功率。随着高铁速度的提升，环境也会随之快速变化，当从一个通信质量好的环境转换为一个通信质量差的环境时，车厢里的每个通信设备可以通过改变发射功率在保证自身的基本传输速率需求的前提下来提高效用，但每个通信设备盲目增大发射功率时，同时也会增大对其他设备的干扰，不仅不能提高效用，还会造成能源的浪费。在这个存在着非合作博弈的通信模型中，每个发射设备的发射功率都会达到纳什均衡状态，纳什均衡点即使发射功率的优化值。

技术总结
本发明公开了一种面向高铁D2D用户传输速率需求的发射功率控制方法，在一个带有D2D模式的蜂窝系统中有一辆高铁正在通行，有一个基站B，M个蜂窝用户C，N对D2D用户，传统的车内用户直接与车外基站直接通信的架构，使得外部无线信号在车体中的穿透损耗较大，令信号的覆盖成为问题，面向高铁D2D用户传输速率需求的发射功率控制方法，可以动态调整蜂窝用户处、D2D用户处的功率分配，减少D2D链路和蜂窝链路之间的干扰，满足D2D用户的基本速率需求，提升高铁用户信号不佳情况下的通信服务质量。铁用户信号不佳情况下的通信服务质量。


技术研发人员：朱赟 吴小军 邵翰增 王军 陈剑
受保护的技术使用者：赣南师范大学
技术研发日：2021.10.13
技术公布日：2022/4/8