一种能效优先的微基站资源分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种能效优先的微基站资源分配方法，首先获取请求服务的宏基站边缘用户的数量和各个边缘用户的要求速率，以及分配给各用户的最大带宽；然后微基站利用宏基站边缘用户的速率要求和最大带宽，计算其最大能量效率，并根据微基站当前的系统能量效率决定是否调度该用户，对调度用户进行带宽和功率的分配，对于未被微基站调度的用户，由宏基站决定是否增加对该用户分配的最大带宽。本发明专利技术针对真实无线异构通信网络进行设计，利用了宏基站和微基站之间的覆盖面积和工作模式不同特点，发掘了基站间的相互协作，设计了基于能量效率的宏基站边缘用户调度方法和资源分配方法，性能好、频谱效率高、复杂度低、鲁棒性强。

【技术实现步骤摘要】
一种能效优先的微基站资源分配方法
本专利技术涉及移动通信网络的基站资源分配，特别涉及一种基于基站间频谱和功率交易的能效优先的宏基站边缘用户的微基站资源分配方法。
技术介绍
随着无线通信的发展以及无线终端用户对数据速率的爆炸式增长需求，无线通系统的能耗问题已经成为了一个日益严峻的问题。从运营商的角度来说，过度的能量损耗导致较高的电力运营成本；从用户的角度来说，过度的能量损耗，导致手机终端续航时间的缩短；从生态的角度来说，过度的能量损耗导致碳及其混合物的排放量增大。因此，如果在不降低用户服务速率需求的前提下，最大限度的节约能量，提高无线通信系统的能量效率显得尤为重要。在实际的无线通信中，距离基站较远的小区边缘用户的路径损耗十分严重，导致基站在服务该类用户时处于低信噪比工作模式。此时，通过增加频谱来提高该类的用户的通信数据速率是收效甚微的，只能通过增大发射功率来实现。然而由于香农速率的凹性导致，发射功率会呈指数型增加，同时会给相邻间小区带来严重的同频干扰。同时，对于微基站，由于基站距离用户间的距离较短，因此基站通常工作在高信噪比模式。这使得发射功率对微基站的性能收效甚微。据报道，无线通信网络的最大的电力消耗来自于基站部分。这其中的绝大多数又来自于发射信号的无线电接入组件。因此，提高基站的能效即具有潜在的生态保护效益，也有显著的经济效益。另外为了更好的服务距离宏基站较远的用户终端，比如宏蜂窝小区边缘的用户，传统的方式都是通过提高传输功率来实现的。然而这种方式在当前的系统中却带了了一下两个大问题。第一，由于用户终端与基站的距离较大，导致基站通常工作在信噪比较低的区域。在这一区域，增大功率对于提高用户终端的服务质量收效甚微，进而使得为提高额外的速率消耗的能量成本过高。第二，过高的基站发射功率还会增大对相邻小区的同频干扰，使得相邻小区的用户服务质量下降。基于以上两点原因，现有的方案使得基站的能耗过高或者导致小区边缘用户的服务质量较差。
技术实现思路
本专利技术目的是：提供一种基于基站间频谱和功率交易的能效优先的宏基站边缘用户的微基站资源分配方法，克服现有通信系统中的小区边缘用户的服务质量差以及基站过高发射功率的缺点和不足，利用宏基站和微基站之间的合作来进行为用户服务，从而在满足用户速率要求的同时起到降低能耗，减少信号干扰的效果。本专利技术的技术方案是：一种能效优先的微基站资源分配方法，包括步骤：S1、获取请求服务的宏基站边缘用户的数量和各个边缘用户的要求速率，宏基站根据各用户的要求速率，决定分配给该用户的最大带宽；S2、微基站利用宏基站边缘用户的速率要求和最大带宽，计算其最大能量效率，并根据微基站当前的系统能量效率决定是否调度该用户；S3、微基站若调度该用户，则进行带宽和功率的分配，若不调度该用户，则通知宏基站；S4、对于未被微基站调度的用户，宏基站决定是否增加对该用户分配的最大带宽，若增加，则转步骤S1，反之，则由宏基站自行服务该用户。优选的，步骤S2中所述微基站调度宏基站边缘用户的方法，包括步骤：S2-1、微基站根据每个宏基站用户的要求速率和最大带宽，利用二分法计算每个用户的最大能量效率；S2-2、将步骤S2-1中得到的每个用户的最大能量效率进行从高到低的排序；S2-3、按照步骤S2-2的用户顺序，依次取出一个用户，检查该用户的最大能量效率与微基站当前的系统能量效率之间的关系，若该用户最大能量效率大于微基站当前的系统能量效率，则调度该用户，否则不调度，转而检查下一个用户。或者，步骤S2中所述微基站调度宏基站边缘用户的方法，也可以采用以下方法的步骤：S2-1＇、微基站根据每个宏基站用户的要求速率和最大带宽，利用二分法计算每个用户的最大能量效率；S2-2＇、将步骤S2-1＇中得到的每个用户的最大能量效率进行从高到低的排序；S2-3＇、按照步骤S2-2＇的用户顺序，依次取出一个用户，计算微基站在选择调度该用户时的系统能量效率，并和未调度该用户时的微基站系统能量效率比较，若能量效率提升，则选择调度该用户，否则，跳过该用户，判断是否调度下一个用户。优选的，步骤S3所述的微基站对调度用户进行带宽和功率的分配方法，包括步骤：S3-1、根据拉格朗日因子计算分配给每个宏基站用户的带宽；S3-2、根据每个宏基站用户被分配的带宽计算其所分配功率；S3-3、根据计算出的分配带宽和分配功率，微基站对宏基站边缘用户和微基站用户在相应的频谱上进行信号发射。具体的，微基站与用户接收端进行下行通信，微基站与用户接收端分别配备单天线通信，所述用户接收端能估算和反馈其到微基站的信道系数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1．本专利技术提供的能效优先的微基站资源分配方法，提出了一种新的微基站和宏基站之间的频谱和功率的合作模式：宏基站提供带宽，但要求微基站帮助服务其边缘用户，微基站在消耗功率服务宏基站边缘用户的同时，得到部分带宽用于自己基站用户的通信传输，这样两种类型的基站都解决了各自通信时存在的瓶颈问题，同时又能满足用户速率的要求，并降低能耗。2．本专利技术与现有的通过提高传输功率来实现提高小区边缘的用户终端服务质量的方法相比，能够显著的降低宏蜂窝基站的能耗，同时也能提高当前微基站的能量效率，实现宏基站和微基站信能共同提高的效果；同时，该方案还具有较低的计算复杂度，更加适合实际的无线通信系统。3．本专利技术针对真实无线异构通信网络进行设计，利用了宏基站和微基站之间的覆盖面积和工作模式不同特点，发掘了基站间的相互协作，设计了基于能量效率的宏基站边缘用户调度方法和资源分配方法，具有性能好、频谱效率高、复杂度低和鲁棒性强的特点。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术微基站资源分配的场景图；图2为本专利技术实施例1的能效优先的微基站资源分配的流程图；图3为本专利技术实施例1的方案与现有方案的性能比较图；图4为本专利技术实施例1中宏基站用户距离宏基站不同距离时性能比较图；图5为本专利技术实施例2的资源分配的流程图。具体实施方式如图1所示，为本专利技术所述的微基站资源分配的场景图，本专利技术提出了一种新的微基站和宏基站之间的频谱和功率的合作模式：宏基站MC向微基站SC提供带宽，但要求微基站SC帮助服务其边缘用户MU1、MU2～MUk，微基站SC在消耗功率服务宏基站边缘用户的同时，得到部分带宽用于自己基站用户SU1～SUn的通信传输。微基站与用户接收端进行下行通信，基站与用户接收端分别配备单天线，所述用户接收端能估算和反馈其到微基站的信道系数。图中，hk代表微基站到宏基站边缘用户k的信道增益，gn代表微基站到微基站自身用户n的信道增益。实施例1如图2所示的流程图，本专利技术所揭示的能效优先的微基站资源分配方法，包括步骤：S1、获取请求服务的宏基站边缘用户的数量和各个边缘用户的要求速率，宏基站根据各用户的要求速率，决定分配给该用户的最大带宽；使用信道估计器等设备测量真实场景中的信道参数包括微基站距离宏基站用户以及微基站用户的信道。S2、微基站利用宏基站边缘用户的速率要求和最大带宽，利用二分法计算每个用户的最大能量效率：其中WkMC代表宏基站用户为宏基站用户k提供的带宽，wk代表微基站从WkMC中为宏基站用户分配的带宽，RkMC代表宏基站用户k要求的最小服务速率，k’表示被微基站分配宏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能效优先的微基站资源分配方法，其特征在于，包括步骤：S1、获取请求服务的宏基站边缘用户的数量和各个边缘用户的要求速率，宏基站根据各用户的要求速率，决定分配给该用户的最大带宽；S2、微基站利用宏基站边缘用户的速率要求和最大带宽，计算其最大能量效率，并根据微基站当前的系统能量效率决定是否调度该用户；S3、微基站若调度该用户，则进行带宽和功率的分配，若不调度该用户，则通知宏基站；S4、对于未被微基站调度的用户，宏基站决定是否增加对该用户分配的最大带宽，若增加，则转步骤S1，反之，则由宏基站自行服务该用户。

【技术特征摘要】
1.一种能效优先的微基站资源分配方法，其特征在于，包括步骤：S1、获取请求服务的宏基站边缘用户的数量和各个边缘用户的要求速率，宏基站根据各用户的要求速率，决定分配给该用户的最大带宽；S2、微基站利用宏基站边缘用户的要求速率和最大带宽，计算其最大能量效率：利用二分法计算每个用户的最大能量效率：其中WkMC代表宏基站用户为宏基站用户k提供的带宽，wk代表微基站从WkMC中为宏基站用户分配的带宽，RkMC代表宏基站用户k要求的最小服务速率，k’表示被微基站分配宏基站用户的剩余带宽的微基站用户；pk,k’代表微基站在微基站用户k’上分配的传输功率，gk,k’表示在宏基站用户k从微基站到微基站用户k’的信道增益,N0代表噪声功率谱密度的大小，ξ代表功率放大器的放大系数，hk代表微基站到宏基站边缘用户k的信道增益；并根据微基站当前的系统能量效率决定是否调度该用户；S3、微基站若调度该用户，则进行带宽和功率的分配，若不调度该用户，则通知宏基站；S4、对于未被微基站调度的用户，宏基站决定是否增加对该用户分配的最大带宽，若增加，则转步骤S1，反之，则由宏基站自行服务该用户。2.根据权利要求1所述的能效优先的微基站资源分配方法，其特征在于，步骤S2中所述微基站调度宏基站边缘用户的方法，包括步骤：S2-1、微基站根据每个宏基站用户的要求速率和最大带宽，利用二分法计算每个用户的最...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小荣，
申请(专利权)人：李小荣，
类型：发明
国别省市：江苏;32