一种云无线接入网络下联合下行波束成形和小区附着的方法技术

本发明专利技术公开了一种云无线接入网络下联合下行波束成形和小区附着的方法，属于移动通信领域；具体包括：步骤一、针对某个下行的云无线接入网，建立用户，RRH和BBU pool的系统模型；步骤二、BBU pool感知系统模型的网络信息；步骤三、每个用户根据就近原则，分别通过RRH向BBU pool发送业务请求；步骤四、BBU pool根据业务请求类型，分别为每个用户设定最低的SINR门限；并测量每个RRH到每个用户的信道信息；步骤五、BBU pool根据最低SINR门限、信道信息以及感知的网络信息，使用启发式算法计算下行波束成形向量以及小区附着。优点在于：联合下行波束成形和小区附着可以有效的降低网络能耗，达到节能的目标，同时保证用户的服务质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于移动通信领域，具体涉及一种云无线接入网络下联合下行波束成形和小区附着的方法。
技术介绍
云无线接入网(Cloud Radio Access Network，C-RAN)是5G的有力候选网络架构，如图1所示，通过把传统的基站分离为离用户更近的射频拉远单元(RRH，Remote Radio Head)和集中在一起的基带处理单元池(BBU pool，Baseband Processing Unit pool)，其中，RRH负责向用户发送BBU pool处理的数据，或者接收用户的数据交由BBU pool处理；BBU pool为C-RAN中的中心处理单元，负责信息的收集、处理等工作；实现了基带信息集中式处理、协作无线电以及实时云计算，从而大大提升了系统频谱效率，降低成本，共享处理资源，提高基础设施利用率。然而，随着用户数量的增加以及用户需求的不断提升，需要部署大量的RRH，使得网络能耗(包括RRH的发射能耗和电路能耗)急剧增加。RRH的发射能耗由下行波束成形向量决定，RRH的电路能耗(即RRH是激活还是休眠)与小区附着状态密切相关。此外，随着移动用户的增加，由于fronthaul(前向链路，连接BBU pool与RRH之间的链路，负责承载BBU pool和RRH间的基带信号)中传输的是数字基带信号，信息量较大，因此，fronthaul容量受限成为制约C-RAN性能提升的一个重要因素。需要注意的是，fronthaul中的信息量与该RRH服务的用户相关，即由小区附着状态决定。所以，需要在fronthaul受限的C-RAN中联合考虑下行波束成形和小区附着，以降低网络能耗。文献1：针对绿色云无线接入网的组稀疏波束成形方法，通过最小化加权l1/l2范数，提出了一种基于组稀疏的联合波束成形和小区附着方法，以降低C-RAN的网络能耗；但是，未能考虑fronthaul容量受限的问题，使得该方案无法应用于实际的网络中；文献2：针对前向链路受限的云无线接入网的联合波束成形和接入控制方案，提出了一种发射能耗以及fronthaul传输信息量的折衷方案，并提出一种基于加权l1范数的启发式求解算法；该方案仅专注于降低传输能耗，未考虑电路能耗因素，即小区附着状态，因此，该方案无法真正有效的降低网络能耗。
技术实现思路
本专利技术为了更好的降低RRH的发射能耗和电路能耗，并且考虑到现实通信网络中存在fronthaul容量限制的因素，提出一种云无线接入网络下联合下行波束成形和小区附着的方法。具体步骤如下：步骤一、针对某个下行的云无线接入网，建立用户，RRH和BBU pool的系统模型；系统模型包括：N个RRH，I个用户和一个BBU pool；每个RRH分别各通过一个fronthaul链路连接入BBU pool中；每个RRH为至少一个用户提供服务或者不为任何用户服务，一个用户至少对应一个RRH；RRH集合为{1,2,...,n,...,N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种云无线接入网络下联合下行波束成形和小区附着的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、针对某个下行的云无线接入网，建立用户，RRH和BBU pool的系统模型；步骤二、BBU pool感知系统模型的网络信息；网络信息包括RRH的数量，以及各RRH对应的fronthaul链路能服务的最大用户数量；步骤三、每个用户根据就近原则，分别通过RRH向BBU pool发送业务请求；步骤四、BBU pool根据业务请求类型，分别为每个用户设定最低的SINR门限；并测量每个RRH到每个用户的信道信息；hn,i表示第n个RRH到第i个用户的信道信息；步骤五、BBU pool根据最低SINR门限、信道信息以及感知的网络信息，使用启发式算法计算下行波束成形向量以及小区附着；具体步骤如下：步骤501、BBU pool对N个RRH进行初始化；初始化包括：每个RRH处于激活状态，且为所有的用户提供服务；初始时处于连接状态的RRH‑用户对V；以及初始时的网络最低能耗F(min)及其对应的网络波束成形向量且满足F(min)＝+∞，具体为：第n个RRH处于激活状态，记为an＝1；否则，RRH处于休眠状态，记为an＝0；每个RRH为所有的用户提供服务：bn,i＝1表示第n个RRH为用户i传输数据；bn,i＝0表示第n个RRH不为用户i传输数据；RRH‑用户对用表示；网络能耗F(Φ)表示为：为第n个RRH休眠状态时的电路能耗；为第n个RRH激活状态时的电路能耗；ηn为第n个RRH的射频功率放大器效率；表示第n个RRH的发射功率最大值；wn,i为第n个RRH中用户i的波束成形向量；其中表示向量wn,i的欧几里得范数的平方；步骤502、BBU pool将所有的RRH‑用户对V按优先级进行升序排列；第n个RRH中用户i的优先级βn,i公式计算如下：βn,i=|hn,iHwn,ir|2Σj≠i|hn,jHwn,ir|2·CnηnPna]]>表示信道信息hn,i的共轭转置；表示松弛的波束成形向量；表示RRH‑用户对(n,i)的有用信号功率，表示RRH‑用户对(n,i)对其他所有用户的干扰之和；表示了第n个RRH的情况；松弛的波束成形向量要满足使网络能耗F(Φ)最小，且符合以下约束条件：minΦ={an,bn,i,wn,i,∀n∈N,∀i∈I}F(Φ)]]>s.t.Σi=1I||wn,i||2≤Pnmax,n∈N---(S1)]]> SINRi≥γi,i∈I       (S2)Σi=1Ibn,i(k)≤an(k)Cn,∀n∈N---(S3)]]>||wn,i||2≤bn,iPnmax,∀n∈N,∀i∈I---(S4)]]>an∈[0,1],bn,i∈[0,1],∀n∈N,∀i∈I---(S5)]]>约束条件(S1)表示：第n个RRH中所有用户的发射功率小于等于第n个RRH的发射功率最大值；约束条件(S2)表示第i个用户的信干噪比大于等于BBU Pool为该用户设定的最低门限值γi；约束条件(S3)表示第n个RRH所服务的用户数量小于等于第n个fronthaul链路的容量；约束条件(S4)表示第n个RRH向第i个用户的发射功率要小于第n个RRH的发射功率最大值；约束条件(S5)表示变量an,bn,i取值均为0到1之间的实数；步骤503、BBU pool对升序排列后的RRH‑用户对V进行迭代求解，得到最终网络能耗F(Φ)以及波束成形向量wn,i；步骤504、针对第n个RRH，C‑RAN根据迭代波束成形向量wn,i，计算该RRH的发送数据xn；xn=Σi=1Iwn,isi,∀n∈N]]>si表示用户i请求的数据；步骤505、fronthaul链路将数据xn传输给RRH对应的用户，用户得到请求数据si；步骤506、用户小区根据RRH进行附着，结合波束成形向量保证系统模型能耗最低。...

【技术特征摘要】
1.一种云无线接入网络下联合下行波束成形和小区附着的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、针对某个下行的云无线接入网，建立用户，RRH和BBU pool的系统模型；步骤二、BBU pool感知系统模型的网络信息；网络信息包括RRH的数量，以及各RRH对应的fronthaul链路能服务的最大用户数量；步骤三、每个用户根据就近原则，分别通过RRH向BBU pool发送业务请求；步骤四、BBU pool根据业务请求类型，分别为每个用户设定最低的SINR门限；并测量每个RRH到每个用户的信道信息；hn,i表示第n个RRH到第i个用户的信道信息；步骤五、BBU pool根据最低SINR门限、信道信息以及感知的网络信息，使用启发式算法计算下行波束成形向量以及小区附着；具体步骤如下：步骤501、BBU pool对N个RRH进行初始化；初始化包括：每个RRH处于激活状态，且为所有的用户提供服务；初始时处于连接状态的RRH-用户对V；以及初始时的网络最低能耗F(min)及其对应的网络波束成形向量且满足F(min)＝+∞，具体为：第n个RRH处于激活状态，记为an＝1；否则，RRH处于休眠状态，记为an＝0；每个RRH为所有的用户提供服务：bn,i＝1表示第n个RRH为用户i传输数据；bn,i＝0表示第n个RRH不为用户i传输数据；RRH-用户对用表示；网络能耗F(Φ)表示为：为第n个RRH休眠状态时的电路能耗；为第n个RRH激活状态时的电路能耗；ηn为第n个RRH的射频功率放大器效率；表示第n个RRH的发射功率最大值；wn,i为第n个RRH中用户i的波束成形向量；其中表示向量wn,i的欧几里得范数的平方；步骤502、BBU pool将所有的RRH-用户对V按优先级进行升序排列；第n个RRH中用户i的优先级βn,i公式计算如下： β n , i = | h n , i H w n , i r | 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珂，余智，纪红，李曦，张鹤立，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11