一种优化LTE-U系统能效的方法技术方案

本发明专利技术采用了一种优化LTE‑U系统能效的方法。该方法在保证LTE‑U系统授权频段和免授权频段之间的使用是公平共存的前提下，优化整个系统的能效。本发明专利技术的方法是基于系统的负载情况，先通过最大化授权频段上能效(EE)，然后通过最大化免授权频段的EE，去补充用户使用了授权频段后所需要的传输速率；或者先通过最大化免授权频段上的EE，再通过最大化授权频段的EE来补充用户在使用免授权频段后所需要的传输速率，以实现优化LTE‑U系统的能效。

【技术实现步骤摘要】
一种优化LTE-U系统能效的方法
本专利技术涉及无线通信系统领域。本专利技术设计了一种优化LTE-U系统能效的方法来解决LTE-U系统的能耗问题。
技术介绍
随着智能个人设备的发展，例如智能手机、平板电脑、笔记本，用户对于数据流量的需求在不断增加，在此，有限的授权频段已经成为了继续提高用户日益增长的流量的瓶颈。大部分已有技术是为了提高授权频段的频谱效率，但受限于授权频段资源有限性，而其使用效率已达上限。因此为了满足不断增加的无线通信用户的需求，业界不得不考虑在LTE系统中使用免授权频段，继而出现了免授权LTE系统(LTE-U系统)。LTE-U，也被第三代合作伙伴计划(3GPP)称为LAA，是LTE标准操作在免授权频段的一种延伸。由于拥有中心式的调度和资源分配算法，在LTE系统上把数据分流到免授权频段上，这样不仅可以减轻在授权频段上的拥堵问题，还可以提高用户体验和能量效率。但是由于Wi-Fi系统一直是免授权频段的主要使用者，因此如果要在LTE系统中使用免授权频段，就要确保Wi-Fi系统性能不会受到影响，这就是LTE系统和Wi-Fi系统上的免授权频段的共存问题。为了解决共存的问题，针对免授权频段LTE-U系统，提出了三种主要的解决方案，前两个是基于时分双工(TDD)，分别叫做先听后发(LBT)的信道访问机制和载波感知自适应传输(CSAT)，由于Wi-Fi系统是采用载波监听多点接入/碰撞检测(CSMA/CA)基于无线网络的信道访问方案，是能够提供公平的共存，属于LBT机制。第三代合作伙伴计划(3GPP)已经标准化了LBT的协议[1]，在LTE免授权频段被称为许可辅助访问(LAA)。LBT是基于自适应信道访问方案[2]，提出了保证和平共存的问题和解决对于小基站的LTE免授权系统的联合频谱的管理问题。相比之下，根据duty-cycle方法，CSAT将进行传输，LTE系统会周期性地通过在免授权频段使用几乎空白的予帧(ABS)来开关信号[3]。根据以上的分析，我们可以发现当前工作的重点是在保证授权频段和免授权频段和谐共处的情况下，提升系统的频谱效率(SE)。然而，除了SE，对于设计和构造5G的LTE-U系统时，EE也是另一个首要关注的问题。事实上，由于每个国家为了确保和谐的共存，在免授权频段上的传输功率都有着严格的规定。因此，在LTE-U系统上的EE比其他的蜂窝系统更值得关注。目前，对于LTE-U系统的研究还比较少。[4]提出了假设授权频段上的EE比免授权频段要高的情况下，对于最大化LTE-U系统EE的研究。本专利技术是在LTE-U小蜂窝系统下，当小基站(SBS)复用大基站的授权频段和Wi-Fi系统站点(APs)上的免授权频段，提出了一种优化LTE-U系统的能效的方法。基于LTE-U系统的负载情况，对系统分步进行最大化授权频段和免授权频段上的EE，充分考虑了不同频段能效与不同负载之间的关系，以达到优化系统EE的目的。参考文献[1]Release13-3GPP，http：//www.3gpp.org/release-13.[2]R.Yin，G.Yu，A.Maaref，，andG.Li，“LBT-basedadaptivechannelaccessforLTE-Usystems，”IEEETrans.WirelessCommun.，vo.15，no.10，pp.6585-6597，Oct.2016.[3]E.Almedia，A.Cavalante，R.Paiva，F.Chaves，F.Abinader，R.Vieira，S.Choudhury，E.Tuomaala，andK.Doppler，“EnablingLTE/Wi-FicoexistencebyLTEblanksubframeallocation，”IEEECommun.Mag.，vol.52，no.11，pp.54-61，Nov.2014.[4]Q.Chen，G.Yu，R.Yin，A.Maaref，G.Y.Li，andA.Huang，“Energyefficiencyoptimizationinlicensed-assistedaccess，”IEEEJ.onSelectedAreasinCommun.，pp.723-734，vol.34，no.4，April2016.
技术实现思路
本专利技术的目的是提高TLE-U系统的能效问题，提供了一种基于系统负载方法，通过在不同的吞吐量的限制条件下去分别优化授权频段和免授权频段的EE，在保证LTE与Wi-Fi系统共存的情况下提高能效。本专利技术的方法是基于系统的负载情况，先通过最大化授权频段上能效(EE)，然后通过最大化免授权频段的EE，去补充用户使用了授权频段后所需要的传输速率；或者先通过最大化免授权频段上的EE，再通过最大化授权频段的EE来补充用户在使用免授权频段后所需要的传输速率，以实现优化LTE-U系统的能效。附图说明图1是本专利技术所采用的系统模型。图2是优化能效算法的流程图。图3是本专利技术优化方法的仿真图。具体实施方式1、系统吞吐量正如图1所示，本专利技术假设一个小基站(SBS)复用一个大基站(MBS)的上行链路和K个Wi-Fi站点(APs)的免授权频段去服务M个用户。由于OFDMA在SBS的授权频段中使用，把授权频段信道分成N个子信道。在SBS上实现的传输速率可以分为授权频段和免授权频段两个部分。当SBS使用授权频段上的第n个子信道去服务第i个用户时，其传输速率为：其中，为第i个用户在第n个子信道上的时分因子，满足当则为0；B(L)为子信道的带宽；为分配到第i个用户在第n个子信道上的发送功率；为SBS和第i个用户之间的干扰功率谱密度；N0为噪声功率谱密度。因此，SBS在授权频段上总的吞吐量为：在另一方面，SBS在免授权频段上，第i个用户在第k个APs上的传输速率为：其中，为分配到第i个用户在第k个APs上的发送功率；为SBS和第i个用户之间在第k个APs免授权信道上的干扰功率谱密度；βi，k为第i个用户在第k个APs免授权信道上的时间占有量；为第k个APs免授权信道上的带宽。然后，SBS在免授权频段上的总吞吐量为：根据授权频段和免授权频段的吞吐量，我们可以得到SBS的总吞吐量为：2、功耗模型SBS的功耗可以分为两个部分，第一个部分是功率消耗在授权频段上，包括无线传输功率和电路消耗功率。无线传输功率在授权频段上可以表示为：这里，ω(L)≥1是在授权频段的功放效率的倒数。第二个部分是在免授权频段上的功率消耗，包括在SBS上消耗的传输功率和当SBS监听免授权频段所消耗的功率，表示为：这里，ω(U)≥1是在免授权频段的功放效率的倒数，是当SBS监听免授权频段时的功率消耗。因此，在SBS上总的功率消耗PS为(6)、(7)和固定的电路损耗的总和，分别是授权频段和免授权频段的电路功率损耗，可以表示如下：3、能效部分授权频段与免授权频段的EE分别可以定义为：在这里，对于系统能效的优化问题，可以把优化分为两个部分，分别对授权频段与免授权频段进行优化操作，表示如下：限制条件如下：这里，是在授权频段上的传输功率矩阵，是在免授权频段上的传输功率矩阵，是用户在授权频段上的时分因子矩阵，β＝(βi，k)i∈M，k∈K是在免授权频段上分配给用户的时间占有本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术针对LTE‑U系统，保证在LTE‑U系统下授权频段和免授权频段之间的使用是公平共存的前提下，优化整个系统的能效。基于LTE‑U系统的负载情况，分步最大化授权频段或和免授权频段的EE，以实现优化LTE‑U系统的能效。

【技术特征摘要】
1.本发明针对LTE-U系统，保证在LTE-U系统下授权频段和免授权频段之间的使用是公平共存的前提下，优化整个系统的能效。基于LTE-U系统的负载情况，分步最大化授权频段或和免授权频段的EE，以实现优化LTE-U系统的能效。2.根据权利要求1所述的一种最大化LTE-U系统能效的方法，其特征在于当优化整个系统的EE时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷锐，张云烽，王定安，
申请(专利权)人：浙江大学城市学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33