密集网络中能效协作基站睡眠机制提高系统能效的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种密集网络中能效协作基站睡眠机制提高系统能效的方法，包括：1)构建系统模型，在非通信高峰期，密集部署网络下行CoMP传输场景，得小区k内用户l的SINRlk及数据速率rlk；2)用户划分为CoMP用户及中心用户，再进行动态选簇，在通信非高峰期，选取优先睡眠基站，并将睡眠小区内的用户分配给满足睡眠小区内用户的信息速率的基站；3)建立功率损耗模型，得CoMP系统总功率Ptotal，得协作基站在工作工程中产生额外的功率损耗PCoMP；4)建立系统功耗最小的优化问题模型；5)求解系统功率损耗最小的优化问题模型，然后根据求解的结果进行系统中各基站与用户之间的信息通信。本发明专利技术能够满足用户动态变化的要求，系统的功耗较小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，涉及一种密集网络中能效协作基站睡眠机制提高系统 能效的方法。
技术介绍
移动通信作为社会众多行业中的重要环节，正在改变着人们的工作和生活方式。 过去几十年间，为了满足人们随时随地的享受高速便捷的网络服务要求，通信行业关注的 重点在于建设一个无缝覆盖的高质量移动网络。随着通信数据的爆炸性增长，而且大部分 的数据通信都发生的室内，为满足室内用户的通信需求，密集网络部署是提高室内无线通 信质量的重要技术，也是未来5G提高通信容量的一项关键技术，大型建筑内网络的密集 部署是室内通信的发展趋势。然而基站密集部署使得无线网络能耗越来越多。近年来， 关于能源重要性的话题越来越多。在资源有限和绿色环保的背景下，节能减排正在成为 全球的热点，全方位的无缝蜂窝网络节能也受到了越来越广泛的关注。提高能效（energy effiCienCy，EE)已经成为了未来绿色蜂窝网络的设计目标。在一个典型的蜂窝网络中基站 消耗的能量占据整个网络消耗能量总量的80%，每个基站总能耗的60%用于信号处理和 空调处理。所以为了提高绿色无线蜂窝网络的能量利用率，减少基站的能量消耗是至关重 要的。当网络中业务量较少时，一个基站仍然消耗了其消耗量最大值的90%，话务量对基站 消耗的影响微乎其微。由于通信业务有明显的潮汐效应。基站消耗不会因为话务量的减少 而减少，因为只要基站处于工作状态，能源消耗都会很大，话务量对基站消耗的影响微乎其 微，24小时处于工作状态的基站在一段时间内服务于很少的用户，造成了巨大的能量浪费。 通信非高峰期让一些基站睡眠是提高能效的一种有效方法。当某个基站处于睡眠 状态时，为保证睡眠基站内的用户正常通信，传统方法是通过邻近基站提高传输功率为这 些用户服务。然而这种传统小区睡眠方案带来两种后果，一是睡眠小区内用户的中断率增 高，另一是邻区小区功耗增加，CoMP技术通过多小区间协作可有效解决上述难题，让相邻的 基站协作为用户服务而不增加发射功率。每个睡眠基站内的用户在工作基站中选取一定数 量作为协作基站联合为一个用户传输数据信息。 现有的基站睡眠方案提出一种结合静态分簇CoMP技术的小区睡眠方案，限定在 静态簇场景中，当某个基站关闭后，簇内所有基站将协作服务于睡眠小区内用户。然而在用 户动态变化情况下静态簇方案性能波动大而且这种全协作方式带来非常大的回传开销以 及计算复杂度。还有一些方案提出一种结合CoMP动态分簇的小区睡眠方案，用户可根据自 身位置动态选择簇，方案具有较好的性能且实现复杂度低。但是该方案中簇大小固定且未 考虑协作传输功耗和回程功耗。总之，现有的静态簇或固定簇大小提高系统能效的方案不 能满足适应用户的动态变化或最大程度的减小能耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种密集网络中能效协作基 站睡眠机制提高系统能效的方法，该方法能够满足用户动态变化的要求，系统的功耗较小。 为达到上述目的，本专利技术所述的密集网络中能效协作基站睡眠机制提高系统能效 的方法包括以下步骤： 1)构建系统模型，在非通信高峰期，密集部署网络下行CoMP传输场景，其中，系统 中存在A个小区，小区k内有L k个随机分布的用户，ke Θ，Θ = {1，2，...，A}，用户和基站 均采用单天线配置，系统中存在睡眠基站，计算得小区k内用户1的SINRlk及数据速率r lk; 2)根据各用户的SINR将用户划分为CoMP用户及中心用户，再根据用户划分的 结果进行动态选簇，然后在通信非高峰期，根据用户动态选簇的结果采用睡眠基站轮询策 略选取优先睡眠基站，并将睡眠小区内的用户分配给满足睡眠小区内用户的信息速率的基 站，其中，将睡眠小区内用户分配到的基站记作协作基站； 3)建立功率损耗模型，得CoMP系统总功率Ptotal，再根据CoMP系统总功率P total得 协作基站在工作工程中产生额外的功率损耗Pmip; 4)根据步骤3)得到的协作基站在工作工程中产生额外的功率损耗匕1建立系统 功耗最小的优化问题模型； 5)求解步骤4)建立的系统功率损耗最小的优化问题模型，得CoMP系统最小总功 率以及当CoMP系统的总功率最小时各基站的开关状态、睡眠小区内各用户的协作基站、以 及基站分配给各用户的传输功率，然后根据CoMP系统最小总功率以及当CoMP系统的总功 率最小时各基站的开关状态、睡眠小区内各用户的协作基站、以及基站分配各用户的传输 功率进行系统中各基站与用户之间的信息通信； 设各小区均采用等功率分配，则小区k内用户1的SINRlk的表达式为： 其中，hlk为小区k内的用户1与基站j间的信道矢量，Slk为小区 k内的用户1对应协作簇矢量（hlk, slk)表不Slk与h lk进行内积， N。为高斯白噪声，z lk为小区k内的用户1所受到的簇间干扰。 小区k内的用户1的数据速率rlk的表达式为 rlk= log 2(l+SINRlk) (2)。 当SINRlk〈 α时，则小区k内的用户1为CoMP用户，当SINRlk> α，则小区k内的 用户1为中心用户，α为预设的SINR门限值。 CoMP系统总功耗Ptotal的表达式为： qk为基站k的工作模式，当基站k处于工作状态时，则q k= 1 ;当基站k处于关闭 状态，则qk= 〇 ;p k为基站k的功耗，Plk为基站k分配给用户1的传输功率。 协作基站在工作工程中产生额外的功率损耗Pmip的表达式为： 其中，$为小区k内的用户1的信号处理功率，C为小区k内的用户1的回程功 率，d为睡眠小区内的用户数，Ω。为用户集合，Λζ1"为协作簇大小，为单基 站信号处理功率基准，分别为CoMP信道估计和SDM预编码对应的功耗， 为与小区k内的用户1选择相同协作簇的用户数，pbh为在回程上传送1比特信息所对 应的功耗，爲8和汉w分别为每个基站共享的小区k内的用户1的数据和信道状态信息。 系统功耗最小的优化问题模型为： 采用启发式贪婪算法求解步骤4)建立的系统功率损耗最小的优化问题模型。 本专利技术具有以下有益效果： 本专利技术所述的在使用过 程中，通过计算各用户的SINR，并根据各用户的SINR值将用户划分为CoMP用户及中心用 户，再用户结果进行动态选簇，然后睡眠基站轮询策略选取优先睡眠基站，使系统节能最大 的基站作为睡眠基站，使系统能效最大化，并且能够适应无线网络与用户之间的动态变化。 另外，在实现系统功耗最小时，考虑协作基站在工作过程中产生的额外功率损耗建立系统 功耗最小的优化问题模型，再求解所述系统功耗最小的优化问题模型，然后根据求解的结 果进行用户与基站的通信，从而降低系统的功耗。【附图说明】 图1为本专利技术中多小区多用户的场景图； 图2本专利技术中基站睡眠的原理图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述： 参考图1，本专利技术所述的 包括以下步骤： 1)构建系统模型，在非通信高峰期，密集部署网络下行CoMP传输场景，其中，系统 中存在A个小区，小区k内有L k个随机分布的用户，ke Θ，Θ = {1，2，...，A}，用户和基站 均采用单天线配置，系统中存在睡眠基站，计算得小区k内用户1的SINRlk及数据速率r lk; 2)根据各用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种密集网络中能效协作基站睡眠机制提高系统能效的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建系统模型，在非通信高峰期，密集部署网络下行CoMP传输场景，其中，系统中存在A个小区，小区k内有Lk个随机分布的用户，k∈Θ,Θ＝{1,2,...,A}，用户和基站均采用单天线配置，系统中存在睡眠基站，计算得小区k内用户l的SINRlk及数据速率rlk；2)根据各用户的SINR将用户划分为CoMP用户及中心用户，再根据用户划分的结果进行动态选簇，然后在通信非高峰期，根据用户动态选簇的结果采用睡眠基站轮询策略选取优先睡眠基站，并将睡眠小区内的用户分配给满足睡眠小区内用户的信息速率的基站，其中，将睡眠小区内用户分配到的基站记作协作基站；3)建立功率损耗模型，得CoMP系统总功率Ptotal，再根据CoMP系统总功率Ptotal得协作基站在工作工程中产生额外的功率损耗PCoMP；4)根据步骤3)得到的协作基站在工作工程中产生额外的功率损耗PCoMP建立系统功耗最小的优化问题模型；5)求解步骤4)建立的系统功率损耗最小的优化问题模型，得CoMP系统最小总功率以及当CoMP系统的总功率最小时各基站的开关状态、睡眠小区内各用户的协作基站、以及基站分配给各用户的传输功率，然后根据CoMP系统最小总功率以及当CoMP系统的总功率最小时各基站的开关状态、睡眠小区内各用户的协作基站、以及基站分配各用户的传输功率进行系统中各基站与用户之间的信息通信。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵季红，曲桦，胡江燕，冯洁琼，王炜，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61