一种中继蜂窝网络用户选择基站的高效能方法技术

本发明专利技术提出一种包含两个半双工、译码转发中继的蜂窝网络中用户高效地选择其服务基站的方法，适用于各个基站负载不高，且保证每个用户速率要求的情况下，最小化整个系统的功耗。其高效性体现在以更低的复杂度，达到最低的功耗。该方法先给定了用户的初始服务基站，且根据当前的连接方式，选取一位改变其服务基站并选取合适的时频资源块可取得最大功耗减少的用户，并将该用户连接至相应基站和资源块。重复上述步骤直至所有用户都被考虑。最后将负载低于0.2的中继关闭。本发明专利技术提出的蜂窝网络中用户选择其服务基站的方法可以高效地节省整个系统的功耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于移动通信
，涉及一种在使用两个半双工、译码转发中继的蜂窝网络中，考虑基站在负载不高的情况下，高效地选择用户所通信基站，降低系统总功耗的方法。
技术介绍
近年来，越来越严峻的环境问题摆在人类面前。节能、降耗、减排成了大势所趋。通信作为一种服务业，依赖大量的工业产品，如基站、终端设备、传输路线等。这些都会随着网络市场的大规模扩大而翻倍增加，耗能巨大。所以，“绿色通信”这个概念孕育而生。绿色通信(GreenCommunications)，指节能减排、减少环境污染、资源浪费以及对人体和环境危害的新一代通信理念，主要采用创新的高效功放、多载波、分布式、智能温控等技术，配合灵活的站点场景模型，对基站进行积极改造，以达到降低能耗的目的，最终实现人与自然和谐相处，实现可持续发展。绿色通信主要通过以下几方面进行：网络体系结构部署角度、硬件的角度、基站协作的角度和链路自适应资源分配的角度。其中网络体系结构就包括中继的部署，中继结点是一种高效的方法来拓宽户外的覆盖范围，因为避免了高花费的回程链路。而在中继覆盖范围内的用户则存在是通过中继进行通信，还是直接与主基站通信的问题。例如，若主基站到该用户的信道衰减严重，那么该用户通过中继进行通信必然会节省不少的能耗，但是当中继的负载低，且主基站到该用户的通信信道相对良好时，将用户连接到主基站是一个不错的选择。由此可见，用户基站的选择是一个权衡的过程，且当用户数目增多，这样的问题会变得更加复杂。因此，有关用户基站选择的绿色通信具有很高的研究价值和意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提出一种包含两个半双工、译码转发中继的蜂窝网络中用户高效地选择其服务基站的方法，适用于各个基站负载不高，且保证每个用户速率要求的情况下，最小化整个系统的功耗。本文主要考虑一个主基站，两个半双工、译码转发中继的蜂窝网布局，用户均匀分布在圆内，如图1所示。其中主基站与中继拥有相同数量的时频资源块，由于是半双工的中继，主基站与中继通信所使用的资源块将不能再被中继用来与所服务的用户通信。由于在用户的服务基站都已确定的情况下，整个系统的总功耗就确定了，那么就应该考虑如何给用户分配基站，可以使得总功耗最小。给用户分配基站的准则为：在当前状态下，选出一个调整其服务基站及时频资源块，可使得整个系统的功耗最小的用户，在各个基站不会超载的情况下，调整该用户到相应的基站，并固定不动，对剩下的用户进行同样的操作。具体实施方法如下：1)初始化所有用户连接到中心基站。2)在未考虑的用户中(刚开始就是所有用户)，找到一个在当前状态下，改变其服务基站和时频资源块能达到最低功耗的用户。其中时频资源块可大致划分为如下形式：图1时频资源块分布简略图其中和分别表示中心基站和中继1和中继2通信所使用的时频资源块，且由于中继的半双工特性，导致连接在中继1和中继2上的用户只能使用和及和两类资源块。根据EARTHPROJECT(MAImran,EKatranaras,GAuer,OBlume,VGiannini,IGodor,YJading,MOlsson,DSabella,PSkillermark,etal.Energyefficiencyanalysisofthereferencesystems,areasofimprovementsandtargetbreakdown.Technicalreport,Tech.Rep.ICT-EARTHdeliverable,2011.)，基站的功耗可由如下式计算：Pin=P0+ΔpLPmax,0<L≤1PS,L=0---(1)]]>其中，Pin为中心基站(或中继)的总功耗，P0为基站闲置时的功耗，Δp为基站的功率放大效率，Pmax为基站的最大传输功率，PS为基站休眠时的功耗，L为基站的负载。而中心基站和中继的负载可由以下公式计算：LM=Σi∈MriWlog2(1+pMBS·HMBS,iρ1b·pRS1·HRS1,i+ρ2b·pRS2·HRS2,i+n0)NRB+Σi∈R1r1Wlog2(1+pMBS·HMBS,RS1ρ2a·pRS2·HRS2,RS1+n0)NRB+Σi∈R2riWlog2(1+pMBS·HMBS,RS2ρ1a·pRS1·HRS1,RS2+n0)NRB---(2)]]>LR1Σi∈R1riWlog2(1+pRS1·HRS1,iρB·pMBS·HMBS,i+ρ2b·pRS2·HRS2,i+n0)NRB(orΣi∈R1riWlog2(1+pRS1·HRS1,ipMBS·HMBS,i+n0)NRB)---(3)]]>LR2=Σi∈R2riWlog2(1+pRS2·HRS2,iρB·pMBS·HMBS,i+ρ1b·pRS1·HRS1,i+n0)NRB(orΣi∈R2riWlog2(1+pRS2·HMBS,i+n0pMBS·HMBS,i+n0)NRB)---(4)]]>其中i∈M、i∈R1、i∈R2表示服务于中心基站、中继1和中继2的用户，W为一个资源块所占用的带宽，p为一个资源块上的传输功率，H为信道增益，n0为高斯白噪声，NRB为基站所拥有的总的资源块。而ρ1a、ρ2a、ρB、ρ1b和ρ1b均为干扰因子，其定义如下：ρ1aΣi∈R1riWlog2(1+pRS1·HRS1,ipMBS·HMBS,i+n0)Σi∈R2riWlog2(1+pMBS·HMBS,RS2ρ1a·pRS1·HRS1,RS2+n0)---(5)]]>ρ2a=Σi∈R2riWlog2(1+pRS2·HRS2,ipMBS·HMBS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中继蜂窝网络用户选择基站的高效能方法，其特征在于，该方法以降低每个用户的通信功耗为原则，以低复杂度的方式为其选择合适的服务基站；在使用两个半双工、译码转发中继的蜂窝网络中，考虑基站在负载不高的情况下，高效地选择用户所通信基站，给定用户初始服务基站，并根据当前状态动态地为用户选择功耗更小的通信基站，具体步骤如下：步骤1：初始化所有用户连接到中心基站；步骤2：在未考虑的用户中，初始时为所有用户，找到一个在当前状态下，改变其服务基站和时频资源块能达到最低功耗的用户，其中时频资源块可大致分为和三块。和分别表示中心基站和中继1和中继2通信所使用的时频资源块，且由于中继的半双工特性，导致连接在中继1和中继2上的用户只能使用和及和两类资源块，基站的功耗可由如下式计算：Pin=P0+ΔpLPmax,0<L≤1PS,L=0---(1)]]>其中，Pin为中心基站(或中继)的总功耗，P0为基站闲置时的功耗，Δp为基站的功率放大效率，Pmax为基站的最大传输功率，PS为基站休眠时的功耗，L为基站的负载；而中心基站和中继的负载可由以下公式计算：LM=Σi&Element;MriWlog2(1+pMBS·HMBS,iρ1b·pRS1·HRS1,i+ρ2b·pRS2·HRS2,i+n0)NRB+Σi∈R1riWlog2(1+pMBS·HMBS,RS1ρ2a·pRS2·HRS2,RS1+n0)NRB+Σi∈R2riWlog2(1+pMBS·HMBS,RS2ρ1a·pRS1·HRS1,RS2+n0)NRB---(2)]]>LR1=Σi∈R1riWlog2(1+pRS1·HRS1,iρB·pMBS·HMBS,i+ρ2b·pRS2·HRS2,i+n0)NRB(orΣi∈R1riWlog2(1+pRS1·HRS1,ipMBS·HMBS,i+n0)NRB)---(3)]]>LR2=Σi∈R2riWlog2(1+pRS2·HRS2,iρB·pMBS·HMBS,i+ρ1b·pRS1·HRS1,i+n0)NRB(orΣi∈R2riWlog2(1+pRS2·HRS2,ipMBS·HMBS,i+n0)NRB)---(4)]]>其中i∈M、i∈R1、i∈R2表示服务于中心基站、中继1和中继2的用户，W为一个资源块所占用的带宽，p为一个资源块上的传输功率，H为信道增益，n0为高斯白噪声，NRB为基站所拥有的总的资源块；而ρ1a、ρ2a、ρB、ρ1b和ρ1b均为干扰因子，其定义如下：ρ1a=Σi∈R1riWlog2(1+pRS1·HRS1,ipMBS·HMBS,i+n0)Σi∈R2riWlog2(1+pMBS·HMBS,RS2p1a·pRS1·HRS1,RS2+n0)---(5)]]>ρ2a=Σi∈R2riWlog2(1+pRS1·HRS1,ipMBS·HMBS,i+n0)Σi∈R2riWlog2(1+pMBS·HMBS,RS1ρ2a·pRS2·HRS1,RS2+n0)---(6)]]>其中NRB、和分别表示总的资源块、中心基站与中继1通信所使用的资源块以及中心基站与中继2通信所使用的资源块；步骤3：若将该用户连到该基站的相应资源块上会比之前状态(该用户连在中心基站，其他用户不变)的功耗小，且不会使中心基站及两个中继超负载，那么就将该用户固定在该基站上；而中心基站及中继的约束条件可由以下公式表示：LMBS≤1                     (10)步骤4：重复步骤2、3直至所有用户都被...

【技术特征摘要】
1.一种中继蜂窝网络用户选择基站的高效能方法，其特征在于，该方法以降低每个用户
的通信功耗为原则，以低复杂度的方式为其选择合适的服务基站；在使用两个半双工、译码
转发中继的蜂窝网络中，考虑基站在负载不高的情况下，高效地选择用户所通信基站，给定
用户初始服务基站，并根据当前状态动态地为用户选择功耗更小的通信基站，具体步骤如下：
步骤1：初始化所有用户连接到中心基站；
步骤2：在未考虑的用户中，初始时为所有用户，找到一个在当前状态下，改变其服务
基站和时频资源块能达到最低功耗的用户，其中时频资源块可大致分为和
三块。和分别表示中心基站和中继1和中继2通信所使用的时频资源块，
且由于中继的半双工特性，导致连接在中继1和中继2上的用户只能使用和及
和两类资源块，基站的功耗可由如下式计算：
Pin=P0+ΔpLPmax,0<L≤1PS,L=0---(1)]]>其中，Pin为中心基站(或中继)的总功耗，P0为基站闲置时的功耗，Δp为基站的功率放大
效率，Pmax为基站的最大传输功率，PS为基站休眠时的功耗，L为基站的负载；而中心基站
和中继的负载可由以下公式计算：
LM=Σi∈MriWlog2(1+pMBS·HMBS,iρ1b·pRS1·HRS1,i+ρ2b·pRS2·HRS2,i+n0)NRB+Σi∈R1riWlog2(1+pMBS·HMBS,RS1ρ2a·pRS2·HRS2,RS1+n0)NRB+Σi∈R2riWlog2(1+pMBS·HMBS,RS2ρ1a·pRS1·HRS1,RS2+n0)NRB---(2)]]>LR1=Σi∈R1riWlog2(1+pRS1·HRS1,iρB·pMBS·HMBS,i+ρ2b·pRS2·HRS2,i+n0)NRB(orΣi∈R1riWlog2(1+pRS1·HRS1,ipMBS·HMBS,i+n0)NRB)---(3)]]>LR2=Σi∈R2riWlog2(1+pRS2·HRS2,iρB·pMBS·...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘楠，黎杰，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32