一种移动网络中H2H和M2M终端发射功率协同控制方法，适用于无线通信技术领域使用。利用移动网络包括基站、H2H终端以及K个M2M终端组成，通过分别求解H2H终端和M2M终端的数据吞吐量和发射功率结合发射功率协同控制方法。其在保证H2H终端和M2M终端的数据吞吐量的同时，使M2M终端的发射功率最小，即满足了数据的传输要求，又降低了M2M终端的传输能耗。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及一种发射功率协同控制方法，尤其适用于一种无线通信
使用 的移动网络中肥H和M2M终端发射功率协同控制方法。
技术介绍
随着社会、经济发展对"物联网（IoTJnternet Of化ingsT应用需求的不断增 长，全球移动通信市场和业务正在从传统的H2H通信向M2M通信领域拓展，旨在实现"物物相 联"的M2M通信模式已经被纳入新一代移动通信协议标准LTE-A化ong Term Evolution Advanced)。无需人工参与，M2M通信允许网络终端进行自主的信息交互，适用于环境监控、 工业自动化控制W及智能电网、医疗和应急防护等多种领域。与肥H通信模式相比，M2M通信 模式具有如下特征:首先，在H2H通信模式中，终端高速(或低速)移动、数据链路维持时间长 (数据传输量大）、数据传输具有突发性;在M2M通信模式中，终端被固定或低速移动、数据链 路维持时间短(数据传输量小）、数据传输具有周期性。其次，M2M终端多被部署在危险或无 人触碰区域，无法像H2H终端可W被及时、快速充电；因此，除了满足M2M通信的服务质量(如 数据吞吐量和传输时延），降低M2M通信的能耗也尤为重要。此外，地理位置相近的多个M2M 终端通常具有相关的监测任务，当运些M2M终端同时向基站(Base Station,BS)传输信息 时，会产生严重的网络拥塞，干扰H2H终端的数据传输；因此，M2M通信必须具备对多个终端 进行群组管理和控制的能力。 相比于M2M终端，肥H终端化Ser Equipment，UE)具有更强的计算能力、更多的存储 空间，并且易于快速、及时充电和更换电池。本专利技术提出将H2H终端作为M2M终端与基站之间 的中继节点，一方面，H2H终端可W对多个M2M终端进行集中管理，另一方面，肥H终端也可W 将各M2M终端产生的数据中继转发至基站，从而增强M2M终端数据传输的可靠性。所提出的 多终端发射功率协同控制方法W满足M2MW及肥H通信的服务质量需求(最小数据吞吐量和 最大数据传输时延)为目标，同时最小化M2M终端的传输能耗。 目前，针对肥H和M2M通信模式共存的移动通信系统已经受到国内外学者的广泛关 注，并提出了 W下解决方案： 文南犬 1 ;A,Ai jaz ,M.Tshangini ,M.Nakhai ,et al, ''Energy-efficient uplink resource allocation in LTE networks with M2M/H2H co-existence under statistical QoS guaranteesIEEE Trans.Commun.,vol.62,no.7,pp.2353-2365,2014. 文南犬2:C.Y.Ho and C.-Y.Huang, ('Energy-saving massive access control and resource allocation schemes for M2M communications in OFDMA cellular networks,"IEEE Commun 丄ett.,vol. I,no.3,pp.209-211,2012. 文献3:张国鹏，李奥，杜耀，周凯，林育德，斬文斌，嵌入M2M的蜂窝网络中高能效的 功率和时隙分配方法，专利技术专利（已受理），201510624229。[000引文献1和2中H2H终端采用半双工方式中继转发M2M终端的数据。虽然半双工中继可 W减小H2H终端的硬件复杂度、避免H2H终端和M2M终端并发传输所造成的共信道干扰，然 而，半双工中继无法高效利用蜂窝网络的频谱资源，从而会增加 M2M终端的传输能耗。文献3 所提出的功率和时隙分配方法能够有效平衡全网M2M终端的能耗，延长M2M网络的生存期， 并适用于家庭或办公室等小规模M2M通信环境。然而，文献3仍然基于半双工中继技术，无法 提高移动通信网络的频谱利用效率。
技术实现思路
针对上述技术的不足之处，提供运一种针对H2H和M2M通信共存的蜂窝移动通信网 络，需要提高网络的频谱资源利用率，满足M2MW及H2H通信的服务质量需求，并降低M2M终 端的传输能耗的移动网络中肥H和M2M终端发射功率协同控制方法。 为实现上述技术目的，本专利技术的移动网络中H2H和M2M终端发射功率协同控制方 法，其利用的移动网络包括基站、肥H终端W及K化含1)个M2M终端组成，其中每个M2M终端上 设有天线，H2H终端上分别设有用于信号发射和用于信号接收的两支天线，H2H终端为K个 M2M终端与基站之间的无线中继节点，采用时、频域全双工数据中继传输数据，允许肥H终端 和全部K个M2M终端在同一频段并发传输数据;H2H终端采用码分多址(CDMA)技术对K个M2M 终端进行信道访问控制;其步骤如下： a.启动基站、H2H终端和所有M2M终端，H2H终端为所有K个M2M终端定义编号标签， 开始传输数据时，所有K个M2M终端通过蜂窝网络的控制信息传输信道(SDCCH，Stand-Alone Dedicated Control Channel)向肥H终端发送数据传输请求;肥H终端接收到所有K个M2M终 端发出的数据传输请求信息后，通过SDCCH信道将请求信息转发至基站;基站根据接收到的 K个M2M终端的数据传输请求信息为H2H终端平均分配K个信道用于传输K个M2M终端的数据， 基站将信道分配信息通过肥H终端分别反馈给K个M2M终端； b.所有K个M2M终端通过分配的信道与肥H终端建立无线通信链路，H2H终端与基站 建立无线通信链路； C.开始迭代运行，此时初始化系统参数F = I; 初始化并记录肥H终端W及全部K个M2M终端的总功率消耗Pa,戶4 =婉'W+每货"十S， 其中，JKT表示H2H终端可用的最大发射功率，兴表示第k个M2M终端可用的最大发射功 率，e是一个任意小的正实数；由于全部终端的功率分配之和不可能超过//r+辟；T，因此 初始运行的总共耗口限值Pa大于片跨r正实数e ; 初始化对H2H终端的最优功率分配为：片。= 片，初始化对任意第k个M2M终端的最 优功率分配为：A= 扣"\式中：扣Iin表示H2H终端可用的最小发射功率，片胃表示第k个M2M 终端可用的最小发射功率； d.H2H终端通过公共导频信道(CPICH,Common Pilot Qiannel)^及专用物理控制 信道化PCCH,Dedicated I^ysical Control Channel)获取肥H终端与基站之间的信道系数 hu,B，H2H终端的发射天线与接收电线之间的信道系数hu,u，第k个M2M终端与基站之间的信道 系数hk,B，基站接收机的加性高斯白噪声m，H2H终端的加性高斯白噪声nu; e .由于H2H终端和M2M终端为全双工并行发射通信，M2M终端的发射会对基站接收 肥H终端的信息造成共信道干扰，因此M2M终端与基站之间存在干扰链路，利用M2M网关计算 各自的信道增益参数：[001引利用公式：丫 k,B= Ihk,bIVI邮I2计算第k个M2M终端与基站之间的信道增益丫 k,B化 二1,2,...,K), 利用公式：丫 k,u= I h本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种移动网络中H2H和M2M终端发射功率协同控制方法，所述的移动网络包括基站、H2H终端以及K(K≥1)个M2M终端组成，其中每个M2M终端上设有天线，H2H终端上分别设有用于信号发射和用于信号接收的两支天线，H2H终端为K个M2M终端与基站之间的无线中继节点，采用时、频域全双工数据中继传输数据，允许H2H终端和全部K个M2M终端在同一频段并发传输数据；H2H终端采用码分多址(CDMA)技术对K个M2M终端进行信道访问控制；其特征在于包括如下步骤：a.启动基站、H2H终端和所有M2M终端，H2H终端为所有K个M2M终端定义编号标签，开始传输数据时，所有K个M2M终端通过蜂窝网络的控制信息传输信道(SDCCH,Stand‑Alone Dedicated Control Channel)向H2H终端发送数据传输请求；H2H终端接收到所有K个M2M终端发出的数据传输请求信息后，通过SDCCH信道将请求信息转发至基站；基站根据接收到的K个M2M终端的数据传输请求信息为H2H终端平均分配K个信道用于传输K个M2M终端的数据，基站将信道分配信息通过H2H终端分别反馈给K个M2M终端；b.所有K个M2M终端通过分配的信道与H2H终端建立无线通信链路，H2H终端与基站建立无线通信链路；c.开始迭代运行，此时初始化系统参数F＝1；初始化并记录H2H终端以及全部K个M2M终端的总功率消耗PA，其中，表示H2H终端可用的最大发射功率，表示第k个M2M终端可用的最大发射功率，ε是一个任意小的正实数；由于全部终端的功率分配之和不可能超过因此初始运行的总共耗门限值PA大于正实数ε；初始化对H2H终端的最优功率分配为：初始化对任意第k个M2M终端的最优功率分配为：式中：表示H2H终端可用的最小发射功率，表示第k个M2M终端可用的最小发射功率；d.H2H终端通过公共导频信道(CPICH,Common Pilot Channel)以及专用物理控制信道(DPCCH,Dedicated Physical Control Channel)获取H2H终端与基站之间的信道系数hU,B，H2H终端的发射天线与接收电线之间的信道系数hU,U，第k个M2M终端与基站之间的信道系数hk,B，基站接收机的加性高斯白噪声nB，H2H终端的加性高斯白噪声nU；e.由于H2H终端和M2M终端为全双工并行发射通信，M2M终端的发射会对基站接收H2H终端的信息造成共信道干扰，因此M2M终端与基站之间存在干扰链路，利用M2M网关计算各自的信道增益参数：利用公式：γk,B＝|hk,B|2/|nB|2计算第k个M2M终端与基站之间的信道增益γk,B(k＝1,2,...,K)，利用公式：γk,U＝|hk,U|2/|nU|2计算第k个M2M终端与H2H终端之间的信道增益γk,U(k＝1,2,...,K)，利用公式：γU,B＝|hU,B|2/|nB|2计算H2H终端与基站之间的信道增益γU,B，利用公式：γU,U＝|hU,U|2/|nU|2计算H2H终端的发射天线与接收电线之间的信道增益γU,U；f.通过遍历H2H终端可能的发射功率，寻找是否能在传输时间T内满足H2H终端以及全部K个M2M终端的数据吞吐量需求，并且比当前功率分配方案消耗的总功率PA更少的分配方案：先检测H2H终端的发射功率pU是否超过最大值当满足时；再检查前面的功率控制方案是否能在传输时间T内满足H2H终端以及全部K个M2M终端的数据吞吐量需求，满足则标记系统参数F＝1(初始运行为1)，当两者均满足时继续下个步骤，否则存在任意条件不满足则步骤结束：g.初始给定H2H终端的发射功率为以H2H终端和全部K个M2M终端的总功耗最小化为目的遍历寻找全部k个M2M终端的发射功率，依次判断k个M2M终端工作时的发射功率pk是否超过其自身最大发射功率当满足条件时，说明其数据吞吐量Rk不满足条件：Rk≤Lk，设置系统参数F＝0，说明此时没有找到既满足H2H终端以及全部K个M2M终端的数据吞吐量需求，也不存在H2H终端以及全部K个M2M终端的总功耗最小化的最优方案，则结束判断步骤结束，否则说明功率增加后，对所有M2M终端是可行的；针对H2H终端利用公式：当前计算H2H终端在传输时延约束T内的数据吞吐量RU，利用公式：当前计算所有k个M2M终端在传输时延约束T内的数据吞吐量Rk；h.判断H2H终端在传输时延约束T内的数据吞吐量RU与H2H终端向基站传输自身产生的比特数据LU的关系，若满足RU≥LU，并且比较所有k个M2M终端在传输时延约束T内的数据吞吐量Rk与其自身需要向基站传输比特数据Lk的关系时，满足Rk≥Lk，则说明此时既满足H2H终端的发射功率数据的数据吞吐需，同时又满足M2M终端的发射功率数据的数据吞吐需，则此时的功率控制即为最优功率，步骤流程...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张国鹏，刘鹏，肖硕，杜耀，靳文斌，林育德，周凯，程德强，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。