超密集网络中考虑能量收集的高能效功率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种超密集网络中考虑能量收集的高能效功率控制方法，包括步骤1：设定双层异构网络场景；步骤2：进行子信道分配；步骤3：给宏基站和每个家庭基站的每个子信道进行初始功率分配；步骤4：判断所有的家庭基站功率分配是否收敛，或是迭代次数已超过上限；步骤5：求得本家庭基站的最优的发射功率分配；步骤6：终止此次迭代，每个家庭基站的无线资源分配完成，等待下一次调度。本发明专利技术既考虑了家庭基站用户的QoS需求，又通过Energy Harvest技术使异构网络的能量效率得到很高提升。

Energy efficient power control method for energy harvesting in ultra dense networks

The invention discloses a control method of high efficiency power energy collection into ultra dense network, including 1 steps: setting double heterogeneous network scenarios; step 2: sub channel allocation; step 3: for each sub station and each Acer home base station channel initial power allocation; step 4: determine the home base station power all distribution is convergent, or the number of iterations has exceeded the upper limit; step 5: obtain the optimal power allocation for femtocell; step 6: the termination of the iteration, wireless resource allocation for each femtocell, waiting for the next scheduling. The invention not only considers the demand of QoS femtocell users, and through the Energy Harvest technology makes the energy efficiency of the heterogeneous network to get high lift.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信工程领域，涉及超密集网络部署场景，具体涉及一种超密集网络中考虑能量收集的高能效功率控制方法。
技术介绍
近年来，随着移动互联网技术的飞速发展，用户对移动数据流量的需求越来越大，呈指数级增长。移动数据业务需求的剧增与稀缺的无线频谱资源之间的矛盾已经逐渐成为现有宏蜂窝网络面临的主要挑战。由于LTE网络大多使用高频段，室内环境的信号覆盖不甚理想。为满足用户的业务需求，特别是室内业务需求，在宏蜂窝网络中部署低功率接入点可进一步拉近用户与服务其基站的距离，减小信号到达用户时的衰减，增强网络的有效覆盖、减少服务盲区，并为宏蜂窝网络分流数据业务负载，提高频谱资源利用效率。与普通的宏基站相比,Femtocell具有体积小、发射功率低、用户自行安装和维护、即插即用等特点，特别是在减轻宏蜂窝网络严重负载等问题上有突出优势，因而家庭基站具有非常广阔的应用前景，目前国内外各大运营商、设备商都给予家庭基站以极大的关注。由于Femtocell的巨大商业潜力和前景，国际标准化组织3GPP、3GPP2等标准化组织都给予了Femtocell以大量的关注。统计数据显示移动通信网的能耗占信息产业总能耗的15％～20％，并且随着移动通信网络和用户群规模的进一步扩大，移动通信网络的能耗仍然会保持高速增长的态势。出于环境保护以及降低运营成本的考虑，通信行业对于降低移动通信网络的能耗越来越多重视。虽然家庭基站的能耗相对宏基站的能耗要小很多，但是由于家庭基站的部署数量远远高于宏基站的部署数量，因此，整个家庭基站网络的能耗也是一个不可忽视的数字。同时，将节能技术的应用与家庭基站相结合也是家庭基站能够得到推广的重要因素之一。传统的移动设备需要电池来进行能量供应，这会有物理容量、需要充电或更换等限制，而诸如依靠风能、太阳能等的能量获取太依靠自然环境而且收集的能量不可控，相比之下，射频能量收集(EnergyHarvest)是一种更为稳定有效地供能方式，而收集到的能量取决于射频信号的波长、收集设备与信号源之间的距离等。射频能量收集是指用户可以从射频信号中获取能量，转化为直流信号并存储，用于传输数据和设备操作。Femtocell在未来无线网络通信中发挥着重要作用，基于Femtocell的正交频分复用接入技术也已经被主要的无线通信标准采用。但是因为频谱资源的不足，更多情况下Macrocell和Femtocell之间共享频谱，这就不可避免地产生同层以及跨层间的干扰。在异构网络部署中，家庭基站的用户可从中收集能量的射频信号来自同频的宏基站或家庭基站的干扰信号以及环境中的噪声等。本专利根据这一特征建立了考虑EnergyHarvest的异构网络资源分配模型，研究家庭基站的能效问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出一种超密集网络中考虑能量收集的高能效功率控制方法，采用了对每个家庭基站功率迭代的方法，通过加入EnergyHarvest为对用户提供可靠的时延QoS保证的约束，改变传统致密部署的家庭基站网络资源分配方式，达到了高能量效率的效果，使密集网络部署具有节能、高效的特点，为家庭基站的大规模应用带来了技术保证。本专利技术还综合考虑了用户的服务质量需求的多样性，从而实现优化Femtocell能量效率的目标。一般用户分为时延敏感型用户和时延容忍型用户(这里业务主要按照时延敏感和时延容忍来区别不同用户需求，比如语音和实时视频流等业务对时延十分敏感，文件下载和邮件等服务对时延具有一定的容忍度)，时延敏感型用户有最低的QoS需求，而时延容忍型用户没有最低传输速率要求。所以本专利在考虑资源分配的时候也同时考虑了家庭用户的QoS保障。本专利技术的超密集网络中考虑能量收集的高能效功率控制方法，分以下步骤：步骤1：设定双层异构网络场景，一个宏基站下有若干个同频部署的家庭基站，考虑下行链路，每个家庭基站服务相等数量的家庭用户(假定家庭用户为封闭式接入)，并分别给家庭基站和其服务的家庭用户编号；步骤2：设定系统总带宽和同频的子信道数，并分别给子信道编号并进行子信道分配；步骤3：设定家庭基站的发射功率上限，并给宏基站和每个家庭基站的每个子信道进行初始功率分配，注意初始功率分配的值综合不能超过相应基站最大发射功率；步骤4：判断所有的家庭基站功率分配是否达到最优点(即收敛，收敛指的是总能效与上一次迭代的能效变化比例不超过0.1％)，或是迭代次数已超过上限，如果是，则转入步骤6，否则，每个家庭用户计算每个子信道受到的其他家庭基站以及宏基站的干扰，上报给服务其的家庭基站，并转入步骤5；步骤5：对于每一个家庭基站，根据上一轮迭代收到的干扰信息和用户的QoS保证以及每个家庭基站最大发射功率限制，利用以下二分法求得本家庭基站的最优的发射功率分配；(1)、设定能效足够大的上限(10000000000bit/J)和下限(0)，若每次迭代过程中能效和根据功率求得的容量和能量消耗的比相差不大(比值相差在0.1％以内)，则跳出二分法迭代进行步骤6，否则，重复步骤(2)、(3)；(2)、由步骤(1)中得到的能效值和次梯度法求出该家庭基站的功率分配；(3)、由步骤(2)中功率分配求出该小基站的总容量和总功率消耗；(4)、如果步骤(1)中求出的能效值与步骤(3)中求出的功率值乘积小于步骤(3)中的容量值，重新设定能效上限值为步骤(1)中上、下限值和的一半；否则把下限值设为步骤(1)中上、下限值和的一半，转入步骤4；步骤6：终止此次迭代，每个家庭基站的无线资源分配完成，等待下一次调度。所属步骤1中，家庭用户封闭式接入是指家庭用户只由一个家庭基站服务；所属步骤2中，子信道分配利用Round-Robin-Scheduling的方法进行子信道分配；所属步骤4中，判断所有的家庭基站功率分配是否达到最优值的方法是保证本次迭代计算所得到整个系统所有的Femtocell总能效变化小于某一个特定的比例，迭代次数上限是任意一次调度中，系统所设的功率分配迭代次数的最大值，是一个常量,由于整个异构双层网络由许多家庭基站构成，各个基站有使自己覆盖范围内所有用户能量效率最大化的趋势，所以整个网络构成非合作博弈，每个家庭基站根据所有其他家庭基站的发射功率来确定自己的发射功率，最终达到一个最优的状态(在该状态下，任何一个参与者独自改变策略都不会是自己的效益得到增多，称为纳什均衡)。步骤4之前，需要利用博弈论理论，证明在该模型中，纳什均衡的存在性和唯一性，这两个特性即可以保证最优值的存在；所述的步骤4中，第k个家庭基站的能效值EE为：EE=Σn=1NΣu=1F(1+SINRk,u,n)PT+ϵ0Σn=1NΣu=1Fpk,u,n-η1Σn=1NΣu=1Fpk,u,ngk,u,n-η2Σn=1NIk(n)-η3σk2,]]>其中，K,F,N分别表示总的家庭基站数、每个家庭基站用户数和子信道数，pk,u,n为相应家庭基站子信道上的发射功率，gk,u,n为相应的增益，PT表示该家庭基站的电路功率消耗，ε0表示功率损耗因子，分母部分的后三项分别为由EnergyHarv本文档来自技高网...

【技术保护点】
超密集网络中考虑能量收集的高能效功率控制方法，包括以下几个步骤：步骤1：设定双层异构网络场景；一个宏基站下有若干个同频部署的家庭基站，每个家庭基站服务相等数量的家庭用户，并分别给家庭基站和其服务的家庭用户编号，家庭用户为封闭式接入；步骤2：设定系统总带宽和同频的子信道数，并分别给子信道编号并进行子信道分配；步骤3：设定家庭基站的发射功率上限，并给宏基站和每个家庭基站的每个子信道进行初始功率分配，初始功率分配的值总和不超过相应基站最大发射功率；步骤4：判断所有的家庭基站功率分配是否收敛，或是迭代次数已超过上限，如果是，则转入步骤6，否则，每个家庭用户计算每个子信道受到的其他家庭基站以及宏基站的干扰，上报给服务其的家庭基站，并转入步骤5；步骤5：对于每一个家庭基站，根据上一轮迭代收到的干扰信息和用户的QoS保证以及每个家庭基站最大发射功率限制，利用以下二分法求得本家庭基站的最优的发射功率分配；(1)、设定能效上限和下限，若每次迭代过程中能效和根据功率求得的容量和能量消耗的比值相差预设比例以内，则跳出执行步骤6，否则，转入步骤(2)；(2)、由步骤(1)中得到的能效值和次梯度法求出该家庭基站的功率分配；(3)、由步骤(2)中功率分配求出该小基站的总容量和总功率消耗；(4)、如果步骤(1)中求出的能效值与步骤(3)中求出的功率值乘积小于步骤(3)中的容量值，重新设定能效上限值为步骤(1)中上、下限值和的一半；否则把下限值设为步骤(1)中上、下限值和的一半，转入步骤4；步骤6：终止此次迭代，每个家庭基站的无线资源分配完成，等待下一次调度。...

【技术特征摘要】
2015.11.25 CN 20151082794211.超密集网络中考虑能量收集的高能效功率控制方法，包括以下几个步骤：步骤1：设定双层异构网络场景；一个宏基站下有若干个同频部署的家庭基站，每个家庭基站服务相等数量的家庭用户，并分别给家庭基站和其服务的家庭用户编号，家庭用户为封闭式接入；步骤2：设定系统总带宽和同频的子信道数，并分别给子信道编号并进行子信道分配；步骤3：设定家庭基站的发射功率上限，并给宏基站和每个家庭基站的每个子信道进行初始功率分配，初始功率分配的值总和不超过相应基站最大发射功率；步骤4：判断所有的家庭基站功率分配是否收敛，或是迭代次数已超过上限，如果是，则转入步骤6，否则，每个家庭用户计算每个子信道受到的其他家庭基站以及宏基站的干扰，上报给服务其的家庭基站，并转入步骤5；步骤5：对于每一个家庭基站，根据上一轮迭代收到的干扰信息和用户的QoS保证以及每个家庭基站最大发射功率限制，利用以下二分法求得本家庭基站的最优的发射功率分配；(1)、设定能效上限和下限，若每次迭代过程中能效和根据功率求得的容量和能量消耗的比值相差预设比例以内，则跳出执行步骤6，否则，转入步骤(2)；(2)、由步骤(1)中得到的能效值和次梯度法求出该家庭基站的功率分配；(3)、由步骤(2)中功率分配求出该小基站的总容量和总功率消耗；(4)、如果步骤(1)中求出的能效值与步骤(3)中求出的功率值乘积小于步骤(3)中的容量值，重新设定能效上限值为步骤(1)中上、下限值和的一半；否则把下限值设为步骤(1)中上、下限值和的一半，转入步骤4；步骤6：终止此次迭代，每个家庭基站的无线资源分配完成，等待下一次调度。2.根据权利要求1所述的超密集网络中考虑能量收集的高能效功率控制方法，所述的步骤1中，家庭用户封闭式接入是指家庭用户只由一个家庭基站服务。3.根据权利要求1所述的超密集网络中考虑能量收集的高能效功率控制方法，所述的步骤2中，采用Round-Robin-Scheduling进行子信道分配。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志强，路兆铭，温向明，景文鹏，陈昆，丁无穷，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11