本发明专利技术提供了一种基于能量有效异构网络资源分配的方法及系统，该方法包括基站、中继、主机站，基站与用户通信通过一个或者多个中继，所有的计算工作均在主机站中进行，中继被视为远端射频单元。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术的目的在于通过在认知无线电模型下将协作通信，极化滤波以及协作干扰技术结合起来，实现基于用户协作动态频谱接入的物理层安全模型，既能实现主用户信息的物理层安全性能提升，又在此基础上提上了主次级用户的吞吐量从而提升了频谱利用率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及电子与通信
，尤其设及基于能量有效异构网络资源分配的方 法及系统。
技术介绍
通信技术及其相关领域每年约消耗电量1500TWh，约占全世界总发电量的10%， 随着通信技术的进一步发展W及普及，此数据在近期会有快速增长。无线通信作为通信技 术的重要分支之一近年来发展迅速，其中LTE-A技术因其高速传输和多样化的服务而产生 了更多的能量消耗。 为了减少对环境的破坏，能量效率成为了通信系统的设计和基站部署方面需要关 注的重要问题之一。为了减少由于建筑物等的阻挡而产生的阴影衰落的影响，LTE-A引入 了一系列的低功率节点组成异构网络，其中包括：微型基站、微微基站、家庭基站、中继节点 等。异构网络具有在提高频谱效率的同时，减少能量消耗等优势。 然而，现有的文献中，还没有考虑在能量效率最大化情况下LTE-A网络中的功率 分配，中继选择和频率分配问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种基于能量有效异构网络资源分配 的方法。 本专利技术提供了一种基于能量有效异构网络资源分配的方法，该方法包括基站、中 继、主机站，基站与用户通信通过一个或者多个中继，所有的计算工作均在主机站中进行， 中继被视为远端射频单元。 作为本专利技术的进一步改进，该方法包括单中继选择、子频率块分配和功率分配的 优化步骤，在该优化步骤中，若频率资源块和中继选择策略已经确定，那么最优的功率分配 方案为 ,，化心紙五1(化巧眉，:4兴，V) 阳009] ；/，">0，片:;；含0 O 作为本专利技术的进一步改进，该方法还包括单中继选择情况下的异构节点能量效率 的设计步骤，在该设计步骤中，在Ll(p，p"，A,y,V)对p和p"求一阶偏导，并设其为0， 那么最优的功率分配策略分别为： 作为本专利技术的进一步改进，该方法还包括多中继选择与资源分配的联合优化步 骤，在该联合优化步骤中，最化功率的表达式为： 本专利技术还提供了一种基于能量有效异构网络资源分配的系统，其特征在于，该系 统包括基站、中继、主机站，基站与用户通信通过一个或者多个中继，所有的计算工作均在 主机站中进行，中继被视为远端射频单元。 作为本专利技术的进一步改进，该系统包括单中继选择、子频率块分配和功率分配的 优化模块，在该优化模块中，若频率资源块和中继选择策略已经确定，那么最优的功率分配 方案为 m敝。氧。￡1(贫，爲巧，A，/4F)只4''。>0,J乂>0 。 作为本专利技术的进一步改进，该系统还包括单中继选择情况下的异构节点能量效率 的设计模块，在该设计模块中，在Ll(p，p"，A，y，V)对p和p"求一阶偏导，并设其为0， 那么最优的功率分配策略分别为： 作为本专利技术的进一步改进，该系统还包括多中继选择与资源分配的联合优化模 块，在该联合优化模块中，最化功率的表达式为： 本专利技术的有益效果是：本专利技术的目的在于通过在认知无线电模型下将协作通信， 极化滤波W及协作干扰技术结合起来，实现基于用户协作动态频谱接入的物理层安全模 型，既能实现主用户信息的物理层安全性能提升，又在此基础上提上了主次级用户的吞吐 量从而提升了频谱利用率。【附图说明】 图1是本专利技术的系统模型图。 图2是本专利技术的能量效率随着中继数目的变化图。 图3是本专利技术的能量效率随着中继的最大功率的变化图。【具体实施方式】 本专利技术公开了一种基于能量有效异构网络资源分配的方法及系统，如图1所示， 在此系统中，基站可W与用户通信通过一个或者多个中继，在此系统里的中继均采用LTE-A 系统中所定义的对用户不可见，而且不对信号产生干扰。主机站可W被看作为处理单元，即 所有的计算工作均在主机站中进行；中继节点可W被视为远端射频单元，如图1所示。在 LTE-A网络架构中，一个频率资源块由12个连续的长度为15曲Z的子载波组成。假设系统 中含有K个用户，M个中继节点，N个频率资源块。一个传输阶段被分为=个部分：第一个 部分为传输准备部分，在此过程中，主机站进行中继选择和传输前的资源分配等准备工作； 传输阶段也被分成两个部分，分别为基站向中继节点传输和中继节点向用户传输，=个阶 段的长度分别为T。、T/2和T/2。此系统中的中继策略我们采用放大转发，用户k通过中继 m的转发在资源块n上的信噪比为(1) pk'"为基站分配给用于传输到用户k在资源块n上的功率，/4"为中继m为用户k 转发在资源块n上的传输功率。分别为在频率资源块n上从 基站到中继m和从中继m到用户k的信干噪比。肖記,和诚品,分别为相应的信道参数，N。和W分别为噪声的功率谱密度和信道带宽。 根据香农定理，用户k在资源块n上的频谱效率可W写为{ 2 )[003引Pk,"G{0,U和am,kE{0,U分别表示用户k是否占用频率资源块n和中继节 点m的转发。对于主机站，其功率消耗包括两个部分，一个部分是传输发射功率，另一个部 分是除了发射W外的传输损耗。其中射频段的功率损耗与发射功率成正比，其余功率消耗 Pd包括数据处理模块，模数转换器等的能量消耗。PD可W表示为 &;巧+例(3) A=I M二I 其中P历电路的固定能量损耗，0为与能量效率相关的能量损耗系数。总能量损 耗可W写为 巧二Z'" + 戶。（4 ) k^iM-I 其中C为放大器的能量效率系数。对于微型接入点，中继m为用户转发所消耗的 功率为 冷,=之完化。巧,;,-托) 表=1巧=丄 在此，设每个中继节点每为一个用户转发所消耗的功率为Pdu,那么所有中继节点 的能量消耗为 C二/-.(ix,+玄 (6) m~4 斯=1:左=1 其中L代表中继节点的活跃程度，为此我们假设最大的活跃程度化=1)。那么， 整个系统总的能量消耗为( 7 ) 下面我们定义本文中的能量效率，即单位能量消耗下的频谱效率，即[004引巧X 单中继选择情况下的异构节点能量效率的分析： 在本节，我们建立了一个单中继选择、子频率块分配和功率分配的优化步骤（优 化问题）。我们的目标函数为能量效率的最大化，限制条件为QoS和最大传输能量。用户k 必须达到最小的QoS,化。基站的最大发射功率为P，中继m的最大发射功率为Pfm。在此场 景下，一个用户只能有一个中继节点为其转发。那么该优化问题可W写为 max/w, '。篮迟 (('1)乙/?4">0.,'，、;'乂 ,口；1 ((.'2 尼玄// ?"含尸 皮己I乃片1 (('3迄之 乂 Jc=I[005引（['4)//">化片"；>()?々'"； (('5 >化"居;0,1LX化"< KV免 材 M- ((々批,./、Gi〇，U，艺4 =1，￥东 贿=1. 因为目标函数（Pl)是非凸函数，其限制条件（Cl)非线性，找到优化问题的解的过 程会很复杂。结合能量效率的物理含义，能量效率最大化的问题可W转化为两个优化问题， 即，在消耗能量不变的情况下，频谱效率最大化；频谱效率不变的情况下，消耗能量最小化。 为此，我们将（Pl)转化为如下（P2)的多目标优化问题 化妨/''',妃''心'。.,,''襄￡而" 阳。57]丽卢槪旬"" (C! )-(c6)[005引为了解决（P2)中的多目标优化问题。我们引入两个加权系数和CO2,（P2)即 可W转本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于能量有效异构网络资源分配的方法，其特征在于，该方法包括基站、中继、主机站，基站与用户通信通过一个或者多个中继，所有的计算工作均在主机站中进行，中继被视为远端射频单元。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张钦宇，王野，孔庆磊，杨艺，于佳，董唯一，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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