I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   10 ,   No .   4 ,  A u g u s t   2020 ,   p p .   4 1 1 8 ~ 4 1 3 5   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 0 i 4 . pp 4 1 1 8 - 4 1 3 5          4118       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //i jece . ia esco r e. co m/in d ex . p h p /I JE C E   Energ y  ef fici ent  p o w er c o ntrol for  dev ice t o     dev ice co mm unic a tion in 5G  net w o rk s       M o ha m ed  A m ine C ha ra r ,  Z o uh a ir  G ue nn o un   S m a rt  Co m m u n ica ti o n s   (ERS C   f o rm e rl y   k n o w n   a s  L EC) ,    Re se a rc h   Ce n ter E 3 S   Eco le  M o h a m m a d ia d ’In g é n ieu rs,  M o h a m m e d   V   Un iv e rsity ,   M o ro c c o       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   29 ,   2 0 1 9   R ev i s ed   Ma r   3 ,   2 0 2 0   A cc ep ted   Mar   12 ,   2 0 2 0       Ne x t  g e n e ra ti o n   c e ll u lar  n e tw o rk s  re q u ire  h ig h   c a p a c it y ,   e n h a n c e d   e ff icie n c y   o f   e n e rg y   a n d   g u a ra n tee d   q u a li ty   o f  se rv i c e   (Qo S ).   T o   re a c h   th e se   g o a ls,  d e v ice - to   d e v ice   (D2 D)  c o m m u n ica ti o n   is  a   c a n d id a te  tec h n o l o g ie  f o r  f u tu re   5 th   G e n e ra ti o n   e sp e c iall y   a p p li c a ti o n s  th a t  re q u ire  th e   re u se ,   th e   h o p   a n d     th e   p r o x im it y   g a in .   T h e   p re se n t  p a p e r  st u d ies   th e   e n e rg y   e ff ici e n t  p o w e r  c o n tro l  f o r  th e   u p li n k   o f   a n   OFD M A   ( o rth o g o n a l  f re q u e n c y - d iv isi o n   m u lt ip le  a c c e s s )  s y st e m   c o m p o se d   o f   b o th   re g u lar  c e ll u lar  u se rs  a n d   d e v ice - to - d e v ice   (D2 D)  p a irs.   F irst,   w e   a n a l y z e   a n d   m o d e l  m a th e m a ti c a ll y   th e   p r e re q u isit e s  f o r  D2 D  c o m m u n ica ti o n s  a n d   c l a ss ica l  c e ll u lar  li n k s  in   ter m s  o f  m in i m u m   r a t e   a n d   m a x im u m   p o w e r   r e q u i r e m e n t .   S e c o n d ,   w e   u s e   f r a c t i o n a l   p r o g r a m m i n g   i n   o r d e r   t o   c o n v e r t  t h e   i n i t i a l   p r o b l e m   i n t o   a   c o n c a v e   o n e   a n d   w e   a p p ly   non - c o o p e r a t i v e   g a m e   t h e o ry   i n   o r d e r   t o   c h a r a c t e r iz e   t h e   e q u i l i b r i u m .   T h e n ,   we   g o t  th e   so l u ti o n   o f   th e   p ro b lem   f ro m   th e   re su lt s  o f   a   w a ter - f il l in g   p o w e r  a ll o c a ti o n .   M o re o v e r,   w e   e m p lo y   a   d istri b u ted   d e sig n   f o r  p o w e r  a ll o c a ti o n   b y   m e a n s  o f   th re e   m e th o d s:  a )  T h e o ry   o f   f ra c ti o n a l  p ro g ra m m in g   b )  Clo se d   f o r m   e x p re ss io n   (th e   n o v e lt y   is  th e   u se   o f   W rig h t  Om e g a   f u n c ti o n ) .   c )  In v e rse   wa ter  f il li n g .   F in a ll y ,   sim u latio n s  in   b o t h   sta ti c   a n d   d y n a m i c   c h a n n e l  se tt in g   a re   re a li z e d   to   d e m o n trate   th e   e n h a n c e d   g a in   in   term   o f   EE ,   S E  ( sp e c tral  e ff icie n c y )   a n d   ti m e   o f   e x e c u ti o n   o f   th e   it e ra ti v e   a lg o rit h m   (Din k e lb a c h )  th a n   th e   c l o se d   f o rm   a l g o rit h m s.   K ey w o r d s :   5G   Dev ice - to - d e v ice   E n er g y   e f f icie n c y   No n - co o p er ativ e  g a m e  t h eo r y   OFDM A   P o w er   co n tr o l   R eso u r ce   allo ca tio n ,    Co p y rig h t  ©   2 0 2 0   In stit u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .    Al l  rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A u tho r :   Mo h a m ed   Am i n e  C h ar ar ,    R esear ch   T ea m   i n   S m ar t Co m m u n icat io n s   ( E R SC   f o r m er l y   k n o w n   as  L E C ) ,   R esear ch   C en ter   E 3 S E co le  Mo h a m m ad ia  d ’ I n g é n ie u r s ,   Mo h a m m ed   V  Un iv er s it y ,   Av e n u e  I b n   Si n a  B . P   7 6 5 ,   A g d al  R ab at  1 0 0 9 0   Mo r o cc o .   E m ail:  Mo h a m ed . ch ar ar @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   AND  AR T I C L E   CO N T R I B UT I O N S   No w ad a y s ,   n u m er o u s   ap p licatio n s   o f   w ir ele s s   co m m u n ica tio n s   h a s   e m er g ed :  Mo b ile  b r o ad b an d ,   s m ar t  g r id ,   i n telli g e n t  tr a n s p o r tatio n   s y s te m s ,  s m ar t  h o m e ,   E - Hea lt h   a n d   ar e  u s i n g   an   i n cr ea s in g   n u m b er   o f   d ev ices:   1 8   b illi o n s   ar e  ex p ec ted   b y   2 0 2 2   [ 1 ] .   T h e  g r o w t h   o f   th e  m o b ile  i n ter n et  i s   esti m ated   to   4 6   p e r ce n t  an n u all y   f r o m   2 0 1 7   to   2 0 2 2   [ 2 ]   f o r ec asted   to   r ea ch   7 7   e x ab y tes   ( E B )   co r r esp o n d in g   to   a   s ev e n - f o ld   i n cr ea s e  ev er y   5   y ea r s .   T h e  5 G  s y s te m s   ar e  e x p ec ted   b y   2 0 2 0   an d   ac co r d in g   to   t h e  w ir ele s s   i n d u s tr y   an d   ac ad e m ic,   th e  1 0 0 0 x   ca p ac ity   o f   5 G  s h o u ld   b e  o b tain ed   u s in g   th e  s a m e  a m o u n t  o f   en er g y   o f   t h e  p r ev io u s   ce llu lar   g en er atio n .   T h er ef o r e,   5 G  h av e  to   in cr ea s e  en er g y   e f f icien c y   b y   a  f ac to r   1 0 0 0   o r   m o r e  [ 3 ] .     Fro m   t h e  p er s p ec ti v e  o f   th e   en d   u s er ,   b atter y   au to n o m y   is   a   d ec is i v e  ele m en t  i n   m o b ile  d ata  ex p er ien ce   [ 4 ] .   T o   m atch   w i th   th e  g r o w th   o f   m o b ile  d ata,   f u r t h er   en h a n ce m e n t  in   b a tter y   tech n o lo g y   is   n ee d ed .   Ho w ev er ,   b atter y   tec h n o lo g y   d o es  n o t  d ev elo p   as  q u ick l y   [ 5 ] .   T h er ef o r e,   im p r o v in g   t h e  E E   ( en er g y   e f f i ci en cy )   o f   m o b i l e   c o m m u n i c a t i o n   is   e s s en t ia l   t o   l es s en   th e   d i f f e r en c e   b e t w e en   in c r e as in g   d a t a   c o n s u m p ti o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E n erg y  efficien t p o w er c o n tr o l fo r   d ev ice  to   d ev ice  c o mmu n i ca tio n   in   5 G  …   ( Mo h a med   A min e  C h a r a r )   4119   a n d   th e   r e l a ti v e ly   s l o w   p r o g r e s s   o f   b a t t e r y   t e ch n o l o g y .   A lt h o u g h   a   m aj o r   ad v an ce   h ap p en s   in   b atter y   tech n o lo g y ,   e n v ir o n m e n tal,   ec o n o m ic,   an d   s o cial  co n ce r n s   w il l c o n ti n u e  to   b e  an   i n ce n tiv e  f o r   u p p er   E E .   I n   s p ite  o f   t h e  li m i ted   co n tr ib u tio n   o f   I C T   ( in f o r m at io n   an d   co m m u n icatio n   tec h n o lo g ies)     to   w o r ld w id e  ca r b o n   d io x id e  em is s io n s   o f   ar o u n d   2 %,  C O2   em is s io n s   li n k ed   to   I C T s   ar e  g r o w i n g   b y   1 0 % p er   y ea r   [ 6 ] .   Fu r th er e m o r e,   th e  e n er g y   s p en d in g   o f   m o b ile  b r o a d b an d   co m m u n icatio n s   is   in cr ea s in g   m o r e  r ap id ly   th an   t h e  en tire   I C T .   C o n q u en tl y ,   m o r e  e f f o r ts   ar e  n ee d ed   in   th e   ar ea   o f   e n er g y   ef f icie n t  w ir ele s s   co m m u n icatio n s   to   li m it th e  e n v ir o n m e n tal  i m p ac t o f   t h e  m o b ile  b r o a d b an d   co m m u n icati o n s .   Ne w   d is tr ib u ted   co n ce p ts   a r e  e m er g i n g   s u c h   a s   co g n i tiv e  r ad io   [ 7 ]   an d   d ev ice  to   d ev ice   co m m u n icatio n s   ( D2 D)   [ 8 ] ,   t h an k s   to   s m ar ter   eq u ip m e n t   ( UE ) .   B esid es,  s m all   ce ll  ar e  m as s i v el y   d ep lo y ed   an d   t h e  ce ll   s ize   is   co n ti n u o u s l y   r ed u ce d   w h ic h   i m p l y   les s   UE s   p er   b ase   s tat io n   ( B S)  e s p ec iall y   in   d en s e   u r b an   ar ea .   T h e  f ea s ib ilit y   o f   p o w er   co n tr o l  w a s   s t u d ies  i n   [ 9 ]   is   f o cu s ed   o n   a  ce n tr alize d   f e m to ce ll  n et w o r k   w it h   a  m u l ti - ch a n n el  u s er .     T h er ef o r e,   r e d u cin g   t h e  p r o ce s s i n g   lo ad   at  t h e  B S  lev el  i s   co n v e n ien t  an d   p r ac tical  f o r   in cr ea s i n g   s y s te m   s ca lab ilit y   a n d   r ed u cin g   co m p lex it y ,   a n d   d is tr ib u ted   d ec is io n s   s h o u ld   b e  m a d e  at  th e  ter m in al   lev el.   P o w er   co n tr o l  is   o f   p ar a m o u n t  i m p o r ta n ce   in   o r d er   to   m iti g ate  i n ter f er e n ce   in   t h e  s a m e  ch a n n e l  an d th e   n ea r - f ar   e f f ec t.   T h e  d is tr ib u te d   en er g y   ef f icie n t  p o w er   co n tr o l   d esig n   g i v e  t h e  w ir ele s s   u s e r s   th e  p o s s ib ilit y   to   b en ef it  f r o m   a n   i m p r o v ed   q u alit y   o f   ex p er ien ce   b y   r is i n g   th eir   b atter y   li f e  f o r   th e  s a m e  v o l u m e  o f   d ata  co n s u m ed   w h ile  i m p r o v in g   ac ce s s   to   co m m o n   r eso u r ce   a n d   r ed u cin g   co m p lex it y   m a n ag ed   b y   t h e  B S.    T h e  D2 D  ( d ev ice  to   d ev ice )   th at  w a s   in tr o d u ce d   f r o m   v er s io n   1 3   o f   3 GP P   [ 1 0 ]   is   a  r e m ar k ab le   tech n o lo g y   w h ic h   ai m s   to   d eliv er ,   a  d ir ec t  co n n ec tio n   b et w e en   n ea r b y   u s er s ,   u n d er l y i n g   th e  ce llu lar   n et w o r k .   T h u s ,   D2 D  i m p r o v es  t h e  E E   o f   th e   co m m u n ica tio n .   T h is   a r ticle  d is cu s s e s   en er g y - e f f icie n t  p o w er   co n tr o l  i n   th e  u p li n k   o f   a  w ir ele s s   n et w o r k   t h at  o f f er s   co n v e n tio n a l  ce l lu lar   a n d   D2 D   c o m m u n icat io n s   at   th e   s a m e   ti m e.   T h e  D2 D  c o m m u n icatio n   m o d e  allo w s   n ea r b y   u s er s   to   ex ch a n g e  d ata  b y p as s i n g   th e   o p er ato r s ’   ce llu lar   in f r astru ct u r e,   w h ic h   in cr ea s e s   th r o u g h p u t,  E E   an d   r ed u ce s   d elay   an d   p av es  t h e  w a y   to   n e w   u s a g e s   s u c h   as   d is aster   r elief   [ 1 1 ]   an d   v eh ic le - to - v e h icle  co m m u n icatio n s   ( V2 V)   [ 1 2 ] .   D 2 D  h as  b etter   r an g es  a n d   b etter   th r o u g h p u t th a n   co m p eti to r   tech n o lo g ies s u c h   as W if i  d ir ec t   [ 1 3 ] .   T h e  tech n o lo g ica l  tech n iq u es   f o r   r eso u r ce   allo ca tio n ,   i n ter f er en ce   h a n d lin g ,   m o b ili t y   m an ag e m e n t   an d   o th er   s y s te m - lev e l  co m p o n en t  p er m it  p r o f icie n t  D2 D  f u n ctio n n in g   [ 1 4 ] .   I n   th e  v ast  m aj o r tit y   o f     th e  r elate d   liter atu r e,   D2 D  co m m u n icatio n   r eu s e s   s p ec tr al  r eso u r ce   o f   ce llu lar   tr an s m i s s i o n s ,   w h ic h   lead s   to   m o r e  s p ec tr u m   e f f icien c y .   T h e  r eso u r ce   s h ar i n g   b et w ee n   D 2 D  co m m u n icatio n   a n d   ce ll u l ar   o n e  p o s es  a  m aj o r   ch alle n g e  i n   ter m   o f   in ter f er en ce   m an a g e m en t,  th e  p o w er   co n tr o l is p o w er f u l to o l to   s o lv e  th is   p r o b le m atic.   I n   th e  p r esen t  p ap er ,   w e  s tu d y   th e  u p lin k   o f   a  m u lti - ca r r ier   s y s te m   w it h   m i n i m u m   Qo S  r e q u ir e m e n t  co m p o s ed   o f   b o th   ce l lu lar   an d   D2 D  t ier s .   OF DM   t ec h n o lo g y   h a s   s e v er al m er its :  lo w   co m p le x it y ,   co m p atib il it y   w it h   MI MO .   I t  t h u s s tr o n g l y   m o tiv a tes  5 G  N R   ( n e w   r ad io )   s till   ch o o s i n g   OF DM   as  t h e  b asis   o f   n e w   w av e f o r m   d esi g n   [ 1 5 ] .   C o n s eq u e n tl y ,   w e   b eliev e   t h at  OFDM A   tech n o lo g y   w i ll  r e m ain   a   f o u n d atio n   t o   5 G  s y s te m s .   T h e  f r a m e w o r k   o f   t h e  n o n - co o p er ativ e  g a m es   is   ap p lied   to   in cr ea s e   t h e  E E .   T h r ee   m e th o d s   w er e   co m p ar ed   f o r   n et w o r k   E E   m a x i m izatio n :  a)   Din k elb ac h   Me th o d   b )   Fo r m   E x p r ess io n   c)   I n v er s e  W ater - f illi n g .   As  f ar   a s   w e  k n o w   t h e  co m p a r is o n   b et w ee n   th e s e  al g o r ith m s   ex i s ts   in   t h e  r elate d   p ap er   in   t h e  liter at u r e  b u t   h as  n ev er   b ee n   e v alu a ted   an d   ass es s ed .     T h e  m ai n   co n tr ib u tio n   o f   t h is   ar ticle  is   th er e f o r e  th e  i m p le m en tatio n   a n d   th e  ev a lu at io n   o f   th e  clo s ed   ex p r ess io n - f o r m   alg o r it h m   a n d   th e  u s e   o f   W r ig h t  O m e g a  i n s tead   o f   L a m b er t - W   f u n ctio n .   W h er ea s   t h e  clo s ed   ex p r ess io n   o f   p o w er   w as  d es cr ib ed   in   th eo r y   i n   [ 1 6 ] ,   it  w a s   n o t  i m p le m en ted .   Gr ap h ical   co m p ar is o n   o f   th e   E E ,   SE,   p o w er   an d   ti m e  e x ec u tio n   w as   d o n e  f o r   Din k elb ac h   an d   C lo s ed   f o r m   al g o r it h m s   f o r ce llu lar   u s er s   a n d   also   f o r   D2 D  u s er s .   A   b asel in e  al g o r ith m w as  u s ed :  t h e  I n v er s e  w ater f ill in g   u s i n g   e x ac t  m i n i m u m   r ate   r eq u ir e m en ts .       2.   RE L AT E D  WO RK S   I n   th e  w o r k   o f   [ 1 7 ] ,   th e  E E   m etr ic  f r eq u en tl y   e n co u n ter ed   in   later   w o r k ,   is   d ef i n ed   as  th e  d ata   s u cc e s s f u ll y   tr an s m i tted   ( b it)  o v er   th e  e n er g y   co n s u m ed   ( J o u le) ,   also   a u th o r s   ap p lied   n o n - co o p er ativ e  g a m e s   th eo r y   to   in cr ea s e  E E   i n   th e   c ase  o f   d ata  tr a n s m is s io n .   T h is   w o r k   w a s   la ter   ex ten d ed   b y   [ 1 8 ]   u s in g   a   li n ea r   p r icin g   f u n ctio n   co r r esp o n d in g   to   th e  p o w er   th at  i s   tr an s m i tted .   T h e  au th o r s   o f   [ 1 9 ]   ex ten d ed   later   th e  w o r k   o f   [ 1 7 ]   to   m u lt i - ca r r ier   C DM A   s y s te m s .   T h e  au t h o r s   o f   [ 2 0 ]   s tu d ied   th e  Ga m e s   o f   p o w er   allo ca ti o n   f o r   MI MO   ( m u l tip le  i n p u t  m u lt ip le   o u tp u t ) .   T h e  au th o r s   o f   [ 2 1 ]   u s ed   th e  p o ten tial  g a m e s   to   tack le  r eso u r ce   allo ca tio n   f o r   a  m u lt icell  s y s te m   u s in g   OF DM A   ( o r th o g o n a l   f r eq u en cy   m u lt i p l e   ac c e s s )   t e ch n o l o g y .   T h e   a u th o r s   o f   [ 2 2 ]   p r o p o s e d   a   c r o s s - l ay e r   m et h o d   f o r   th e  co n tr o l o f   d is tr ib u ted   en er g y   ef f ic ien c y   p o w e r   in   n et w o r k s   ex p er ien c in g   i n t er f er en ce .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   4 ,  A u g u s t 2 0 2 0   :   4 1 1 8   -   4135   4120   T h e  au th o r s   o f   [ 5 ]   s tu d y   i n ter f er en ce - li m ited   e n v ir o n m en t   e m p lo y i n g   n o n - co o p er ativ e  g a m es,  t h e n     a  tr ad e - o f f   b et w ee n   s p ec tr al  ef f icie n c y   an d   E E   is   o b tain ed .   T h e  a u t h o r s   o f   [ 2 3 ]   ap p ly   t h e  c o n ce p t  o f   r ep ea ted   g a m e  in   o r d er   to   h an d le  d ec e n tr alize d   p o w er   co n tr o l.   T h e  u p lin k   o f   a n   O F DM A   b ased   HetNe t  ( h ete g e n o u s   n et w o r k )   co m p o s ed   o f   a   m ac r o   ce ll a n d   h elp ed   b y   a  s et  o f   s m all   ce ll  w a s   s t u d ied   b y   t h e  a u th o r s   o f   [ 2 4 ]   w h er e   th e  m a x i m izatio n   o f   E E   i s   d o n e  w h ile   r esp ec ti n g   m in i m u m   Qo S  r eq u ir e m e n ts .   T h e y   d e f i n e  a   s o l u tio n   b ased   o n   Deb r eu   E q u il ib r iu m   t h at  g en er alize s   Nas h   eq u ilib r iu m ,   w h ic h   lead s   to   a  w ater   f il lin g   lik e  b est  r esp o n s e.   T h e  tr ad e - o f f   b et w ee n   s p ec tr al  ef f icie n c y   ( SE)   an d   e n er g y   e f f icie n c y   ( E E )   is   i n v e s ti g ated   f o r   d ev ice - to - d ev ice  ( D2 D)   co m m u n ica tio n s   r eu s i n g   u p li n k   c h a n n el  o f   ce l lu lar   n et w o r k s   i n   [ 2 5 ] .   T h e  r est  o f   t h e  ar t icle  i s   s tr u ct u r ed   as  f o llo w i n g .   T h e  n o tatio n s   ad o p ted   ar e  d ef i n ed   i n   t h e  s ec tio n   3 .   T h e  s y s te m   m o d el  is   d is cu s s ed   in   s ec tio n   4 .   I n   th e  s ec tio n   5   th e  p o w er   co n tr o l  g a m e  is   d escr ib ed ,   th en     th e  Nas h   eq u ilib r iu m   s o l u t io n   is   o b tain ed   u s i n g   f r ac tio n a l   p r o g r am m i n g   t h eo r y   in   s ec t i o n   6 .   T h e  p r ac tica l   asp ec t  an d   th e   d esi g n   o f   th e   alg o r ith m   ar e   g i v e n   i n   Sectio n   7 .   T h e  s i m u l at io n s   r es u lts   ar e  co m m e n ted   i n |   th e  s ec tio n   8 .   W   co n clu d e  f i n a ll y   i n   s ec tio n   9 .       3.   NO T AT I O NS   T h e  n o tatio n   in   t h e  s eq u e l o f   th e   p r esen t o f   th e  p r esen t p ap er   ar e  as f o llo w s :     B o ld   letter s   ar e  u s ed   f o r   m a tr ices  an d   v ec to r s       L a m b er t  W   f u n ctio n   i s   d en o te d   ( )     ma x ⁡ ( 0 , )   is   d en o ted   +     T h e  v ec to r   ( 1 , … , )   is   w r itte n   m o r e  co m p ac tl y   a s   ( , − )   w it h :     − = ⁡ ( 1 , … , − 1 , + 1 , … , ) ⁡       | |   is   u s ed   f o r   th e  ca r d in alit y   o f   a   s et ⁡       4.   SYST E M   M O DE L   T h e  s y s te m   w e  ad o p t   is   a  s in g le  ce ll  s er v ed   b y   o n e  B S  ( b ase  s tatio n ),     ce llu lar   UE s   an d   ⁡ D2 D   tr an s m itter /r ec ei v er   p air s .   T h e  UE s   o f   th e  s y s te m   b elo n g   to   th e  f o llo w i n g   s e t:  = { 1 , 2 , … , }   T h e  s et  o f   D2 D  p air s   in   th e  s y s te m   i s   d en o te d   as:  = { 1 , 2 , … , }   Sp ec tr al  r eso u r ce   allo ca tio n   i s   b ased   o n   t h e  O FDM A   tech n o lo g y .   O n e  s u b - ca r r ier   is   a l lo ca ted   to   ea ch   ce ll u lar   u s er .   T h er ef o r e,   n o   i n ter f er en ce   ex i s ts   i n   t h e   ce llu lar   t ier .   B y   co n tr ar y ,   e v e r y   D2 D  tr an s m i tter   h as  t h e  f r ee d o m   to   tr a n s m it   o n   all  s u b - ca r r ier s .   W e  ass u m e   n o   s u b - ca r r ier   allo ca tio n   to   D2 D  p air s   i s   p er f o r m ed ,   b u t  r ath er   D2 D  tr a n s m it  r a n d o m l y   t h eir   p o w er s   o v er   th e  s u b ca r r ier s .   T h e  T ab le  1   g i v es  t h e  m ai n   n o tatio n s   ad o p ted .       T ab le  1.   No tatio n s   N o t a t i o n     M e a n i n g   W   B a n d w i d t h   o f   t h e   sy st e m   Kc   N u mb e r   o f   e q u a l l y   sp a c e d   su b - c a r r i e r s   B = W Kc   B a n d w i d t h   p e r   s u b - c a r r i e r   h k   C h a n n e l   b e t w e e n   t h e   c e l l u l a r   k   a n d   t h e   B S   h k , l   C h a n n e l   b e t w e e n   t h e   c e l l u l a r   k   a n d   t h e   D 2 D   r e c e i v e r   l   g i n   C h a n n e l   o f   t h e   D 2 D   p a i r   i   g i , c n   C h a n n e l   o v e r   t h e   S u b - C a r r i e r   n   b e t w e e n   T h e   B S   a n d   t h e   D 2 D   t r a n sm i t t e r   i   g i , l n   C h a n n e l   o v e r   t h e   su b - c a r r i e r   n   b e t w e e n   t h e   D 2 D   r e c e i v e r   l   a n d   t h e   D 2 D   t r a n smit t e r   i   p k c   P o w e r   o f   t h e   c e l l u l a r   k   p i , n d   D 2 D   P o w e r   o f   t r a n smi t t e r   i   o v e r   t h e   s u b - c a r r i e r   n   p m a x c   C e l l u l a r   max i mu m   p o w e r   p m a x d   D 2 D   max i mu m   p o w e r   p cir c   C e l l u l a r   c i r c u i t   p o w e r   p cir d   D 2 D   c i r c u i t   p o w e r   R m in c   C e l l u l a r   mi n i m u m   r a t e   R m in d   D 2 D   mi n i mu m   r a t e         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E n erg y  efficien t p o w er c o n tr o l fo r   d ev ice  to   d ev ice  c o mmu n i ca tio n   in   5 G  …   ( Mo h a med   A min e  C h a r a r )   4121   T h u s ,   th e  b aseb an d   s ig n al  is   wr itten   f o r   U E k   a s:     y k c = h k √ p k c x k c + ∑ g i , c ⁡ k √ p i , k d x i , k d K d i = 1 + n k     ( 1 )     W ith   n k   is   an   A W GN  ( A d d itiv e  W h ite  Gau s s ia n   N o is e)   t h at  is   h av i n g   a   m ea n   0   an d   v ar ia n ce   σ 2 .   Si m ilar l y ,   th e  s i g n al  o f   t h e  b aseb an d   is   wr itten   f o r   D2 D k   in   th e   s u b - ca r r ier   n   as:     y k d = g k n √ p k , n d x k , n d + ∑ g i , c ⁡ k √ p i , k d x i , k d K d i = 1 , i ≠ k + h n √ p n c + n k , n ⁡   ( 2 )     w it h   n k , n   is   an   A W GN   h a v i n g   t h e  s a m e  m ea n   an d   v ar ia n ce   as  n k .   T h e  ch an n e ls   ar e  ass u m ed   co m p lex   Ga u s s ia n : th e  r ea l  p ar t a n d   i m a g i n ar y   p ar t a r e  b o th   Gau s s ian s .   Fo r   ea ch   D2 D  p air   i ,   its   p o w er   v ec to r   is   d en o ted   ( o v er   all  s u b ca r r ier s ) :     = [ , , , , … , , ] ⁡   ( 3 )     a n d   th e  v ec to r   p o w er   o f   D2 D  p air s   ex clu d i n g   t h e   D2 D  p air     is :     − = [ , … , − , + , … , ] ⁡   ( 4 )     T h e  tr an s m i tti n g   v ec to r   co r r esp o n d in g   to   all  D2 D  p air s :     = [ , − ] ⁡   ( 5 )     T h e  to tal  p o w er   o f   D2 D  p air   ⁡ ac co u n ti n g   th e  cir c u it  r elate d   co n s u m p tio n :      ( ) = ∑ , + =   ( 6 )     a n d   th e  p o w er   v ec to r   o f   UE s   e x ce p t   UE k   i s :     − = [ p 1 c , … , − 1 , + 1 , … , ] ⁡   ( 7 )     T h e  g lo b al  p o w er   o f   ce ll u lar   u s er s   is   d en o ted :     = [ p k c , − ] ⁡   ( 8 )     T h e  to tal  p o w er   o f   UE k   ac co u n ti n g   t h e  cir cu it  r elate d   co n s u m p tio n :     ⁡  ( ) = + ⁡   ( 9 )     T h e  SIN R   ( Sig n al  to   I n ter f er e n ce   p lu s   No i s e  R atio )   o f   UE k   at  th e  n th  s u b - ca r r ier :     = | ℎ | 2 ∑ | , | 2 , + 2 = 1 ⁡   ( 1 0 )     W e  d en o te  th e  SIN R   o f   D2 D  p air     at  th e  n th   s u b - ca r r ier :     , = | | 2 , ∑ | , | 2 , + | ℎ | 2 + 2 = 1 ≠ ⁡   ( 1 1 )     L et  u s   d ef i n e  t h e  ef f ec tiv e  c h a n n el  g ai n   o f   t h e  ce ll u lar   u s er   UE k   as  f o llo w i n g :     = | ℎ | 2 ∑ | , | 2 , + 2 = 1 ⁡   ( 12 )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   4 ,  A u g u s t 2 0 2 0   :   4 1 1 8   -   4135   4122   T h e  ef f ec tiv e  c h an n el  g ai n   o f   D2 D  p air   k   is   d ef in ed   as :     , = | | 2 ∑ | , | 2 , + | ℎ | 2 + 2 = 1 ≠ ⁡   ( 1 3 )     T h e  SE  ( Sp ec tr al  E f f icien c y )   u tili t y   f u n ctio n   o f   UE k   is :     ( , − , ) = l og 2 ( 1 + Γ ) ⁡   ( 14 )     W ith   Γ   th e  SIN R   g ap   w . r . t B E R   as d ef in ed   i n   [ 2 6 ] : Γ = − ln ( 5 B ER ) 1 . 5   T h e  SE  ( Sp ec tr al  E f f icien c y )   u tili t y   f u n ctio n   o f   th e  k th   D2 D  p air   is :     ( , − , ) = ∑  2 ( 1 + , ) = 1 ⁡   ( 1 5 )     T h e  E E   ( E n er g y   E f f icie n c y )   u t ilit y   f u n ct io n   o f   th e  u p li n k   co m m u n icatio n   o f   UE k   is :     ( , − , ) = ( , − , )  ( )   ( 1 6 )     T h e  E E   ( E n er g y   E f f icie n c y )   u t ilit y   f u n ct io n   o f   th e  k th  D2 D  p air :     ( , − , ) = ( , − , )  ( ) ⁡   ( 17 )     E ac h   UE   w il l  in cr ea s e  it s   en er g y   e f f icie n c y   a n d   at  th e  s a m e  ti m e  r esp ec t  th e  m in i m u m   r ate   r eq u ir e m en ts .   T h e  UE k   w i ll  tr y   to   m a x i m ize  it s   g lo b al  en er g y   e f f icie n c y   w h ile  r esp e ctin g   m i n i m u m   r ate   co n s tr ain t.  C o n s q u e n tl y ,   t h e  f o llo w i n g   p r o b le m   h a s   to   b e  s o lv ed   f o r   UE k :     M a ximi ze ⁡ ( , − , )   s .t .( C 1A ) ⁡ p k c ∈ [ 0 , p m ax c ]   ( 18 )   ( C 2 A )  ( , − , ) ≥     Si m i lar l y ,   t h e  f o llo w i n g   p r o b l e m   h a s   to   b e  s o lv ed   f o r   k th   D2 D  p air :     M a ximi ze ⁡ ( , − , )   s .t .( C 1B ) ⁡ ∈ [ 0 ,  ]   ( 19 )   ( C 2 B )   ( , − , ) ≥     Hen ce ,   t h er e  ar e  ( + )   o p ti m izati o n   p r o b lem s   to   b e  j o in tl y   s o lv ed   in   th e   s y s te m .   T h e  m u lti v ar iate   o p tim izatio n   ca n n o t  b e  ap p lied ;  as  th er e  is   n o   ce n tr al  e n tit y   th a t  is   co n tr o llin g   all  v a r ia b les  o f   th e  s y s te m ,   in s tead   ea c h   h as p ar tial c o n tr o l o n   h is   o w n   v ar iab les,  w h ic h   l ea d s   to   th e  ap p licatio n   o f   Ga m e  T h eo r y .       5.   G AM E   T H E O RY  F O RM UL AT I O N   T h e  n o n - co o p er ativ e  g a m e  t h eo r y   ap p ea r s   as  th e  n at u r al   to o l  to   tack le  to   p r o b lem   as  w e  h av e   in d ep en d en t,  r atio n al  p la y er s   th at  co n tr o l  th eir   v ar iab les.  T h e  f o llo w i n g   tr ip let  d ef i n es  t h e  n o n - co o p er ativ e  g a m e  f o r m al l y   a s :     = { , { } ∈ { 1 , . . , } , { } ∈ { 1 , . . , } }     w h er e  :     P lay er s :  ⁡ = ⁡ { , }     A ctio n s :   = [ 0 ,  ] ⁡  ∈ ⁡ ⁡  ⁡ [ 0 ,  ] ⁡  ⁡ ∈     Utilit ie s : T h e  EE  u tili t y   f u n cti o n   ( b it/J /Hz) .   Fo r   e ac h   ∈ { 1 , . . , }   th e   ac tio n   s p ac e  co r r esp o n d in g   to   o th er   p la y er s : ⁡ − = ∏ = 1 ≠   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E n erg y  efficien t p o w er c o n tr o l fo r   d ev ice  to   d ev ice  c o mmu n i ca tio n   in   5 G  …   ( Mo h a med   A min e  C h a r a r )   4123   I n   o r d er   to   g et  a   s o lu tio n ,   w e   h av e  to   f in d   th e  eq u il ib r iu m   o f   th e  g a m e.   I n d ee d ,   th e  im p o r tan ce   o f     th e  eq u ilib r iu m   i s   g a m e   is   i m p o r ta n t  a s   ag e n t s   w il l  b e co m e  p r ed ictab le  an d   s tab le.   T h e  n et w o r k   o p er ates   ef f ec tiv e l y   w h e n   r ea ch i n g   eq u ilib r iu m   [ 2 7 ] .   T h e  p o w er   s tr ateg y   o f   ea ch   u s er   m u s t  b e  f ea s ib le  b y   r esp ec ti n g   m i n i m u m   Qo S  ( q u alit y   o f   s er v ice )   co n d itio n s .   T h is   lead s   u s   to   u s e  a  d if f er e n t  Ga m e  th eo r y   s o lu tio n     th at  allo w s   ea ch   p la y er   to   ch o o s e  its   s tr ateg y   k n o w i n g   th e  s tr ate g y   o f   o th er   p la y er s   w h ile  r esp ec tin g   f ea s ib ili t y   co n d itio n s :  t h e  G N E   ( g en er alize d   Na s h   eq u ilib r i u m ) .   B y   s u p p o s i n g   th at   ea ch   p l a y er ’ s   s tr ate g y   m a y   d ep en d   o n   t h e  o t h er   p la y er s ’ ,   th e   GNE   g o es   b e y o n d   th e   co m m o n   NE   ( Nas h   eq u ilib r i u m )   [ 2 8 ] .   No t  o n l y   u tili t y   f u n ct io n s   ar e  d ep en d e n t  b u t  also   t h e  p la y er s ’   ac tio n   s ets  ar e  co u p le,   w h ic h   is   d if f e r en t  f r o m   clas s ical   n o n - co o p er ativ e  g a m es   [ 2 9 ] .   W e  w i ll  d en o te  b y   ( − )   th e  s et  o f   u s er   UE k   act io n s   r esp e ctin g   th e  m i n i m u m   r ate   an d     th e  m a x i m u m   p o w er   r eq u ir e m en ts   w i th   r esp ec t to   o th er   p la y er s ’   s tr ate g y :     ( − ) = { ∈ : ⁡ ( , − ) ⁡ re s p e ct s ⁡ (C 1 )⁡ & ⁡ C 2 ) }     Def i n itio n .   Gen er alize d   Nas h   eq u ilib r iu m   T h e  m atr i x   o f   p o w er   ∗ ⁡ = ( ∗ , − ∗ )   is   a   G en er alize d   Nash   eq u ilib r i u m   i f : ⁡ − ∗ ∈ ( − )   an d :     ∀ p k ∈ k G ( − k ∗ ) : E E k ( ∗ ) ≥ E E k ( , ∗ )     ( 2 0 )     W h ich   m ea n s   t h at  n o   p la y er   h as   th e   i n ter est   to   d ev iate   u n ilater all y   f r o m   a   G NE   to   an o th er   f ea s ib le   p o in t   ( r esp ec tin g   t h e  co n s tr ain t s ) .       6.   F RACTI O N AL   P RO G RAM M I NG   F O RM UL AT I O N  A ND  G AM E   SO L U T I O N   T h e  E E   o b j ec tiv e  f u n ctio n   i n   ( 1 8 )   an d   ( 1 9 )   ar e  f r ac tio n al  an d   n o n - co n v ex .   T h e  m o s t  s u itab le   m at h e m a tical  f r a m e w o r k   to   t ac k le  th e  o p ti m izatio n   o f   s u c h   f u n c tio n s   is   th e  f r ac tio n al  p r o g r a m m in g ,   w h ich   p r o v id e  p o ly n o m ial  co m p le x it y   alg o r it h m s   w h en   t h e  n u m er a to r   is   co n ca v e  an d   d en o m in a to r   is   co n v e x   [ 2 9 ] .   First,  let  u s   g i v e  a  f o r m al  d ef i n itio n   o f   Fra ctio n al  p r o g r a m m in g :   Def i n itio n .   Fra ctio n al  p r o g r am m i ng   L et  ∈ ℝ co n v e x   s u b s et  an d   let  → ⁡ ℝ th e  f o llo w i n g   f u n ct io n s :     : → ( )   a n d  g : → ( )     ( 2 1 )     A   f r ac tio n al  p r o g r a m   i s   t h e  o p ti m izat io n   p r o b lem :     M a ximi ze x ∈ C f ( x ) g ( x )     ( 2 2 )     T h e  f r ac tio n al  p r o g r a m m in g   allo w s   u s   to   s o lv e   eq u i v ale n t   f o r m   o f   t h e  p r o b le m   th at   is   less   co m p le x   t h a n     th e  o r ig i n al  o n e:   P r o p o s itio n   1 .   T h e  v ec to r ⁡ ∗ ∈ ⁡ s o l v es  t h e  ( 2 2 )   if   an d   o n ly   i f :  ( ( ∗ ) − ∗ ( ∗ ) ) = 0 ,  ∗   th e  ze r o   o f     th e  f u n ctio n :     ( ) =  ∈ ⁡ ( ) −  ( )     ( 2 3 )     Fo r   a  g i v e n   v al u e,     th e  UE k   w il l  s o lv e  t h e  f o llo w in g   t r an s f o r m ed   f r ac tio n al  p r o g r am m in g   p r o b le m     in s tead   o f   ( 1 8 ) :     M a ximi ze ⁡ p k c S E k c ( p k c , − , ) − λ k c P tot ( p k c )   s .t.  ( C 1A ) &  ( C 2A )   ( 24 )     Fo r   th e  o p ti m al  v a lu e,   , ∗ w e  g et:     S E k c ( p k c , − , ) − λ k c , ∗ P tot ( p k c ) = 0   ( 2 5 )     T h is   m ea n s   th at  t h e  b est  r esp o n s e  p o w er   , ∗   g iv e n   o th er   t r an s m itter s   ( − , ) ⁡ v er if ie s   th e  f o llo w i n g   ex p r ess io n :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   4 ,  A u g u s t 2 0 2 0   :   4 1 1 8   -   4135   4124   , ∗ = ( , − , ) ( )     ( 2 6 )     Si m i lar l y ,   f o r   a  g iv e n   v al u e    t h e  eq u iv ale n t  p r o b lem   o f   o p tim izatio n   th at  th e  k th   D2 D  p air   w il l  s o lv e  in s tead   o f   ( 1 9 ) :     M a ximi ze ⁡ ( , − , ) −  ( )   s .t.  ( C 1B ) &  ( C 2B )     ( 2 7 )     Fo r   th e  o p ti m al  v a lu e,   λ k d , ∗ w e  g et:     ( , − , ) − , ∗  ( ) =   ( 28 )     T h is   m ea n s   t h at  t h e  b est  r e s p o n s e  p o w er     g i v en   o t h er   tr an s m itter s   ( − , ) v er i f ies  t h e  f o ll o w i n g   ex p r ess io n :     λ k d , ∗ = S E k d ( , − , )  ( )     ( 29 )     P r ac tically ,   th e   s o l u tio n   o f   ( 2 4 )   an d   ( 2 7 )   is   g o t  w h en   t h e  p la y er s   ar e  g i v in g   th eir   b est   r esp o n s e     to   ea c h   o th er .   A s   f o llo w s ,   t h e  k th   u s er   b est  r esp o n s e  f u n c tio n   w h ic h   is   t h e  b est  ac tio n     to   ad o p t  w h e n     th e  s tr ate g y   o f   th e  o t h er   p la y er s   is   − ∈ − ( ) ⁡ :     ( − ) =  ∈ ( − ) ⁡  ( , − )   ( 3 0 )     T h e  n ec ess ar y   co n d it io n s   ar e  m o r e  ea s il y   o b tai n ed   in   t h e  ca s e  o f   a  s i n g le  ca r r ier .   P r o p o s itio n   2 .   I n   th e   s i n g le  c ar r ier   ca s e,   th e   u n iq u en e s s   an d   ex is ten ce   o f   Gen er alize d   N ash   eq u ilib r i u m   ar e   g u ar a n teed ,   as th e  B R   f u n ct io n s   o f   t h e  u s er   k   ar e  s ta n d ar d   an d   v er if y   t h e  f o llo w i n g   p r o p er ties :      C o n ca v it y :  ( − )   is   co n ca v e  s tr ictl y   in   −     P o s itiv it y :  ( − ) > 0     Mo n o to n icit y : i f   − > −   th e n   ( − ) > ( − )     Scalab ilit y : Fo r   all  > 1 ,   ( − ) > (  − )     P r o o f .   T h e  p r o o f   is   g i v en   i n   [ 3 0 ]   I n   th e   ca s e  o f   m u l ti - ca r r ier ,   t h e  eq u il ib r iu m   ca n   b e  ch ar ac t r ized   b y   g i v i n g   th e  e x p r ess io n   o f   p o w er   f o r   ea ch   s u b - ca r r ier   an d   f o r   ea ch   u s er   a s   in   t h e  f o llo w i n g   p r o p o s itio n .   P r o p o s itio n   3 .   T h e  b est p o w er   o f   th e  UE k   i s   g i v en   b y   th e  f o ll o w i n g   w h e n   th e  g a m e  ad m it s   a  GNE :     p k c , ∗ = min ( p m ax c , ( 1 λ k c , ∗ − 1 ν k , n c ) + )     ( 31 )     T h e  o p tim al  v alu e  , ∗ :     , ∗ = min ( , ,  )     ( 32 )     = ( l o g ( ex p ( − 1 ) ) )     ( 33 )     W ith:  = l og ⁡ ( )     ( 34 )     = ( − 1 , )     ( 35 )        is   ca lcu lated   w h en   t h e  r ate  r eq u ir e m e n ts   ar e  ac ti v e:     ,  = , 2 −     ( 36 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E n erg y  efficien t p o w er c o n tr o l fo r   d ev ice  to   d ev ice  c o mmu n i ca tio n   in   5 G  …   ( Mo h a med   A min e  C h a r a r )   4125   P r o p o s itio n   4 .   T h e  f o llo w in g   f o r m u la  g iv e s   th e  o p ti m al  p o w er   o f   th e  D2 D k   f o r   ea ch   s u b - ca r r ier   n :     ∀ ∈ : , , ∗ = min (  , ( 1 , ∗ − 1 , ) + )     ( 37 )     The   opt i ma l   va l ue   , ∗   : , ∗ = min ⁡ ( , ,  )    ( 38 )     = ( l o g ( ex p ( − 1 ) ) )     ( 3 9 )       is   th e  s et  o f   ac ti v e  s u b ca r r ier s   ( i.e .   w ith   s tr ictl y   p o s itiv e  p o wer )   o f   D2 D k   w h e n :     , ∗ = ⁡   ∗ = { ∈ | ( 1 − 1 , ) > 0 }   ( 40 )     w it h :     = l o g ( ∏ ∈ ∗ , ) | ∗ |     ( 41 )     = ( − ∑ 1 , ∈ ∗ ) | ∗ |     ( 42 )     W h en   t h e  n o r m a lized   r ate  co n s tr ain t s   ar e  ac t iv e,   ,    h as th e  f o ll o w i n g   f o r m u latio n     ,  = ( 2 − | m ax | m in ∏ , ∈ m ax ) 1 m ax     ( 43 )     w ith: m ax = { ⁡ n ∈ K c | ( 1 λ k d , m ax − 1 ν k , n d ) > 0 } ⁡   ( 44 )      P r o o f .   T h e  p r o o f   is   g i v en   i n   [ 3 1 ]   ap p lied   to   o u r   m o d el.       7.   AL G O RI T H M S DES I G N  A ND  ANAL YSI S   7 . 1 .     P r a ct ica l desig n   Fro m   p r ac tical  p o in t  o f   v ie w ,   ea ch   p la y er   g iv e  it s   b est  r esp o n s e  to   s o lv e  E E   m a x i m izatio n   p r o b lem   k n o w i n g   o th er   p la y er s ’   s tr ate g y .   W e  co n s id er   a  s c h e m e  t h at  is   as y n c h r o n o u s   as  t h e  u s e r   ch o o s es  its   p o w er   s tr ateg y   at  ti m e    b ased   o n   th e   o th er   p la y er s ’   s tr ateg y   o f   − 1 .   I n d ee d ,   an   i n s ta n ta n eo u s   f ee b ac k   is   is   v er y   d if f ic u lt  in   p r ac tice.   W e  co n s id er   th at  ea ch   p la y er   k n o w s   h is   i n d iv id u al  C SI  ( ch a n n el   s tate  in f o r m a tio n )  w h it h i n   th e  SIN R   o n   ea ch   s u b ca r r ier .   A s   i n tial  v alu e,   t h e  ce llu lar   u s er s   c h o o s e    an d   D2 D  u s er s   ch o o s e ⁡ .   I n   ea ch   iter atio n ,   th e  u s er   UE k   est i m ate s   th e  ef f ec ti v e  ch an n el  g ai n   b ased   o n   th e  p r ev io u s   v al u e   an d   b ased   o n   th e  p r ev io u s   SIN R :     ̂ ( ) = ( − 1 ) ( − 1 )     ( 45 )     T h e  u s er   UE k   e s ti m ates t h e  E E   as f o llo w in g   a n d   tr ies to   in c r ea s e  it  w . r . t to   co n d itio n s   ( C 1 A )   an d   ( C 2 A ) :     ̂ ( ) = ⁡ ̂ ( ) , ( ) +   ( 46 )     w it h :     ̂ ( ) = l og 2 ( 1 + ̂ ( ) ⁡ ( ) )     ( 47 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   4 ,  A u g u s t 2 0 2 0   :   4 1 1 8   -   4135   4126   As in   p r o p o s itio n   3 :     , ∗ ⁡ ( + 1 ) = min (  , ( 1 , ∗ ( + 1 ) − 1 ̂ ( + 1 ) ) + )   ( 4 8 )     Si m i lar l y ,   th e   u s er   D2 D k   esti m ates   t h e  E E   a s   f o llo w i n g   a n d   tr ies   to   i n cr ea s e  i t  w . r . t  t o   co n d itio n s   ( C 1 A )     an d   ( C 2 A ) :     , ̂ ( ) = , ( − 1 ) , ( − 1 )     ( 49 )     T h e  u s er   D2 D k   es ti m ates t h e  E E   as f o llo w in g   an d   tr ies to   i n cr ea s e  it  w . r . t to   co n d itio n s   ( C 1 B )   an d   ( C 2 B ):     ̂ ( ) = ̂ ( ) ∑ , ( ) + = 1     ( 50 )     w it h :     ̂ ( ) = ∑ l og 2 ( 1 + , ̂ ( ) , ( ) = 1     ( 51 )     As in   p r o p o s itio n   4 :     ∀ ∈ : , , ∗ ( ) = (  , ( 1 , ∗ ( ) − 1 , ̂ ( ) ) + )   (5 2 )     T h e  ch allen g e  h er e  is   to   f in d   , ∗ ( ) ⁡ an d ⁡ , ∗ ( ) ,   f o r   th at  w e  u s e  t h r ee   m et h o d s :     T h e  f ir s t  m et h o d   th at  w a s   u s e d   b y   [ 2 4 ]   r elies o n   Din k elb ac h   alg o r ith m :  al g o r ith m   3.     T h e  s ec o n d   m e th o d   is   t h e  p r o p o s ed   in   th is   ar ticle  r elie s   o n   t h e  clo s ed   f o r m   e x p r ess io n   as i n   alg o r it h m   4.     T h e  th ir d   m e th o d   is   t h e  I W F ( I n v er s e  W ater   Fil li n g )   is   ap p lied   u s in g   al g o r ith m   2   w h ic h   ai m s   to   h a v e  ex ac tl y   th e  m i n i m u m   n o r m ali ze d   SE  ( R m in ).             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E n erg y  efficien t p o w er c o n tr o l fo r   d ev ice  to   d ev ice  c o mmu n i ca tio n   in   5 G  …   ( Mo h a med   A min e  C h a r a r )   4127                     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.