异构云接入网络中基于能效的协作资源分配方法组成比例

本发明专利技术提供一种在异构云接入系统中对既能保证系统吞吐量，又能保证系统在不同活跃度下能量效率最优的异构云接入网络中基于能效的协作资源分配方法，涉及信息与通信技术领域。所述方法包括如下步骤：步骤一：基于能效，设定异构云接入网络系统中的用户容忍干扰门限；步骤二：若用户当前的干扰大于设定的用户容忍干扰门限时，在发射信号预编码过程中，将信道矩阵稀疏化，并对稀疏化的信道稀疏矩阵求逆矩阵，实现波束赋形；步骤三：将波束赋形之后的信道矩阵进行分配，计算出每根天线分配的功率，按照计算出的功率，相应天线进行传输。本发明专利技术的信道矩阵稀疏化算法，减少了计算复杂度，因此异构云接入场景下数字基带功耗更低、能效更高。

【技术实现步骤摘要】
异构云接入网络中基于能效的协作资源分配方法
本专利技术涉及信息与通信
，具体涉及异构云接入网络中基于能效的协作资源分配方法。
技术介绍
3G和4G技术主要聚焦在移动宽带应用场景，提供增强的系统容量和更高的数据速率。5G时代，随着超高清视频流，增强现实、虚拟现实等技术的兴起，5G网络将面对超大数据流量及高能耗的挑战。因此，兼顾吞吐量的能量高效的资源分配方案将更加符合备受全球瞩目的节能减排绿色通信的宗旨。目前，5G技术的研究已经达到了第一阶段，即实现了技术研究的突破，对于5G通信的关键核心技术各国都已经有了相应的定义。接入网是多种无线接入技术融合，包括传统的D-RAN(分布接入网)接入、Wifi、宏站、以及C-RAN(云接入网)、D2D(终端之间通信)、MTC(机器类通信)和Mesh(网状网络)接入。主要是为了满足5G多样化的无线接入场景和高性能指标要求。另外接入平面的C-RAN是根据现网条件和技术进步的趋势，提出的新型无线接入网构架。C-RAN是基于集中化处理(CentralizedProcessing)、协作式无线电(CollaborativeRadio)和实时云计算构架(Real-timeCloudInfrastructure)的绿色无线接入网构架(Cleansystem)。其本质是通过实现减少基站机房数量，减少能耗，采用协作化、虚拟化技术，实现资源共享和动态调度，提高频谱效率，以达到低成本，高带宽和灵活度的运营。C-RAN的总目标是为解决移动互联网快速发展给运营商所带来的多方面挑战(能耗，建设和运维成本，频谱资源)，追求未来可持续的业务和利润增长。HCRAN兼顾了HETNET(heterogeneousnetwork，异构网络)和CRAN网络的优势，相较于C-RAN系统，H-CRAN(异构云接入网络)系统增加了HPN(宏基站)实体，HPN用于全网的控制信息分发，把集中控制云功能从BBU(基带)处理池分离出来。这也使得用户接入、资源分配、功率分配、负载均衡等更加灵活，层内干扰以及层间干扰也更加复杂。HCRAN可以使用HetNet使用的小区范围收缩技术平衡RRH和HPN间的负载。HPN应对一些突发流量或即时消息业务实现无缝覆盖。RRH支撑局部业务特征，小区自动开关是自适应的使得RRH接入BBU处理池。H-RAN能够实现以用户需求为中心的自适应的绿色通信的宗旨。在接入方式的选择上，第五代移动通信，将实现从CRAN到HCRAN的平滑过渡。为了提高H-CRAN的网络能量效率性能，在HCRAN中RRH(微基站)的开关与业务量自适应匹配。当业务负载较低时，一些RRH在BBU处理池的集中自优化处理下进入睡眠模式；当业务负载较高时，可以自适应激活睡眠的RRH。此外，根据UE承载业务和传输性能等要求，一个或者多个RRH自适应为其服务，如果UE业务量较少，同一个RRH的单一资源可以为多个UE(用户设备)共享使用。由于RRH的密集部署必然导致干扰增大，用波束赋形算法减少RRH与RRH之间的干扰以及RRH与HPN间的干扰。能效优化问题，需要建立功耗模型，联合功率分配优化能效进行联合设计。提出传统异构网中资源分配方案在吞吐量、有效覆盖范围、能量效率、抗干扰能力方面都较弱，传统算法提出吞吐量最优的功率分配方案在吞吐量指标方面大幅度改善，然而能效表现依然不佳。本专利技术提出的功耗模型以高能效为优化目标进行资源分配。仿真结果表明在吞吐量以及能效上该算法皆有良好的表现，解决了目前研究的遗漏问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种在异构云接入系统中对既能保证系统吞吐量，又能保证系统在不同活跃度下能量效率最优的异构云接入网络中基于能效的协作资源分配方法。本专利技术的异构云接入网络中基于能效的协作资源分配方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：基于能效，设定异构云接入网络系统中的用户容忍干扰门限；步骤二：若用户当前的干扰大于设定的用户容忍干扰门限时，在发射信号预编码过程中，将信道矩阵稀疏化，并对稀疏化的信道稀疏矩阵求逆矩阵，实现波束赋形；步骤三：将波束赋形之后的信道矩阵进行分配，计算出每根天线分配的功率，按照计算出的功率，相应天线进行传输。优选的是，所述步骤一包括：步骤一一：建立异构云接入网络系统的网络能量消耗模型；步骤一二：根据该网络能量消耗模型，获得异构云接入网络系统的总吞吐量和能量效率；步骤一三：在保证异构云接入网络系统的总吞吐量达到设定值的前提下，使能量效率最高，设定此时的用户干扰为异构云接入网络系统中的用户容忍干扰门限。优选的是，所述异构云接入网络系统的网络能量消耗模型为：Ptot表示网络能量总功耗，Ps表示数字基带处理功耗，PTX表示天线发射功率，ηLeak表示对CMOS漏电流的补偿，NTX表示活跃天线的数量，ηPA表示功率放大器的效率，σfeed是馈电链路的损耗。优选的是，所述异构云接入网络系统的总吞吐量为：NR表示微基站活跃用户数量，NM表示宏基站活跃用户数量，B表示系统带宽，σ表示系统噪声；hk(t)是所有RRH微基站到第k个用户的下行信道向量；g0,j(t)是HPN宏基站到第k个用户的下行信道向量；ωk(t)是办公RRH微基站/家庭RRH微基站对第k个用户的下行预编码向量，ω0,j(t)表示宏基站对第k个用户的下行预编码向量；异构云接入网络系统的能量效率为：KR表示活跃的宏用户数量。优选的是，所述步骤三包括：步骤三一、归一化发射功率和信道矩阵，并定义归一化因子：归一化因子为HPN宏基站的天线最大发射功率为RRH微基站的最大发射功率；将宏基站用户之间的信道增益乘以归一化因子；其中，表示归一化后的信道矩阵，表示原始信道矩阵。步骤三二、根据注水原理对归一化后的信道矩阵进行分配，计算出每根天线分配的功率pf,f＝0,1,…,F；步骤三三、HPN宏基站的发射功率为cλpf，f＝0，λ表示功率约束系数；步骤三四、RRH微基站的发射功率为λpf，f＝0,1…,F。上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术提出了信道矩阵稀疏化算法(MS)，减少了计算复杂度，因此异构云接入场景下数字基带功耗更低、能效更高，更符合节能减排绿色通信的期待。仿真结果表明信道矩阵稀疏化算法结合归一化注水算法(MSNWF)的资源分配方法能够兼顾吞吐量的同时提升能量效率；2、本专利技术给出H-CRAN相较于C-RAN网络的优势，推导出H-CRAN场景下覆盖分析及能效推导；3、本专利技术提出一种适用于H-CRAN的功耗模型，H-CRAN中用户通过光纤接入基带处理池(BBU)进行跨层协作。仿真结果表明，与C-RAN相比H-CRAN可以实现自适应接入，提高了能源效率和吞吐量；4、对MSNWF算法复杂性进行分析。相较于与复杂的凸优化算法，本专利技术提出的方法在保证性能的前提下，具有更低的复杂度。因此MSNWF算法基带处理功耗更低，更加简明有效。附图说明图1为H-CRAN系统架构；图2为在办公时段，五种场景在三种不同的资源分配方案下的吞吐量对比；图3为在家庭时段，五种场景在三种不同的资源分配方案下的吞吐量对比；图4为在办公时段，五种场景在三种不同的资源分配方案下的能量效率对比；图5为在家庭时段，五种场景在三种不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异构云接入网络中基于能效的协作资源分配方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：基于能效，设定异构云接入网络系统中的用户容忍干扰门限；步骤二：若用户当前的干扰大于设定的用户容忍干扰门限时，在发射信号预编码过程中，将信道矩阵稀疏化，并对稀疏化的信道稀疏矩阵求逆矩阵，实现波束赋形；步骤三：将波束赋形之后的信道矩阵进行分配，计算出每根天线分配的功率，按照计算出的功率，相应天线进行传输。

【技术特征摘要】
1.一种异构云接入网络中基于能效的协作资源分配方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：基于能效，设定异构云接入网络系统中的用户容忍干扰门限；步骤二：若用户当前的干扰大于设定的用户容忍干扰门限时，在发射信号预编码过程中，将信道矩阵稀疏化，并对稀疏化的信道稀疏矩阵求逆矩阵，实现波束赋形；步骤三：将波束赋形之后的信道矩阵进行分配，计算出每根天线分配的功率，按照计算出的功率，相应天线进行传输。2.根据权利要求1所述的异构云接入网络中基于能效的协作资源分配方法，其特征在于，所述步骤一包括：步骤一一：建立异构云接入网络系统的网络能量消耗模型；步骤一二：根据该网络能量消耗模型，获得异构云接入网络系统的总吞吐量和能量效率；步骤一三：在保证异构云接入网络系统的总吞吐量达到设定值的前提下，使能量效率最高，设定此时的用户干扰为异构云接入网络系统中的用户容忍干扰门限。3.根据权利要求1所述的异构云接入网络中基于能效的协作资源分配方法，其特征在于，所述异构云接入网络系统的网络能量消耗模型为：Ptot表示网络能量总功耗，Ps表示数字基带处理功耗，PTX表示天线发射功率，ηLeak表示对CMOS漏电流的补偿，NTX表示活跃天线的数量，ηPA表示功率放大器的效率，σfeed是馈电链路的损耗。4.根据权利要求1所述的异构云接入网络中基于能效的协作资源分配方法，其特征在于，所述异构云接入网络系统的总吞吐量为：

【专利技术属性】
技术研发人员：贾敏，张曦木，顾学迈，郭庆，刘晓锋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23