一种提高移动广播通信系统传输能耗效率的方法技术方案

本申请属于通讯领域，尤其涉及一种提高移动广播通信系统传输能耗效率的方法，移动用户终端通过定位系统获取用户当前经度、纬度、移动速度和移动方向数据，并将以上数据通过上行数据通道上传到关联基站；基于移动的用户上传的历史经度、纬度、移动速度和移动方向数据，每个基站预测各自关联的每个移动的用户U

【技术实现步骤摘要】
一种提高移动广播通信系统传输能耗效率的方法
本申请属于通讯领域，尤其涉及一种提高移动广播通信系统传输能耗效率的方法。
技术介绍
随着移动通信技术的迅速发展，移动用户的数量以及移动网络所传输的数据量一直保持高速增长。在频谱资源有限的前提下，为满足急剧增长的移动流量和服务质量需求，高效率的资源分配，即如何合理高效地分配和调度通信系统资源，是移动通信系统中的重要问题。资源分配主要是指信道分配、发送功率控制、发送时隙调度、中继选择、调制和编码方案选择等一系列决策机制，其目标通常是为了更加有效的利用无线频谱资源，从而达到应对动态变化的信道状况、终端分布以及用户需求，提升系统效率、满足用户QoS需求的目的。在多基站移动通信系统中，经常出现处于移动或静止状态的多个移动用户终端同时向不同基站请求相同音频/视频文件的应用场景。基站可通过无线广播技术实现文件传输。但由于无线通信信道自身的不稳定性和衰减性，决定了：(1)基站传输的部分数据包用户无法成功收到并需要重新传输，(2)尽管无线信道持续动态变化，用户所接收到的信号强度通常与用户的位置具有一定的相关性。如果系统能提前预知用户未来的位置、信道状况以及需求等移动特征信息，则可估算用户的信道增益，从而降低资源分配的难度，提升分配的精确度和资源利用率。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的上述问题，本专利技术基于对移动用户未来位置的预测，设计出一种通过对传输时序和基站发射功率进行控制的资源预分配，提升基站传输能耗效率的一种提高移动广播通信系统传输能耗效率的方法。为实现上述技术效果，本申请的技术方案如下：一种提高移动广播通信系统传输能耗效率的方法，其特征在于：一个时隙广播的多基站蜂窝网系统下有M个基站，标记任意一个基站为BSj，j＝1,2,...,M；基站通过核心网络连接到基站控制中心(BSC)；在进行数据传输时，数据首先从服务器端传输到基站控制中心，再从基站控制中心传输到各个基站，最后由基站无线传输到各个用户，基站传输文件时先将该文件分成N个等长的数据包后分时隙发送，BSC起着路由和基站资源分配的作用。多基站蜂窝网系统内有K个移动的用户终端，用户在基站间自由移动，标记任意一个用户为Ui，i＝1,2,...,K；移动用户终端通过定位系统获取当前经度、纬度、移动速度和移动方向数据，并将以上数据通过上行数据通道以固定频率或不定时方式上传到关联基站；基于移动的用户上传的历史经度、纬度、移动速度和移动方向数据，每个基站基于CTrack算法或其他现有算法预测各自关联的每个移动的用户Ui在接下来T个时隙的地理位置；再对未来T时隙内各基站传输数据给各用户所需的最小传输功率进行估计；基站控制中心基于该估计结果对各时隙内每个基站需要传输数据的目标用户和传输功率进行选择，最终只覆盖部分用户，发射功率只需要使得信号覆盖这部分目标用户即可，从而将在规定T个时隙内向K个用户传输同一文件时总传输能耗降低。进一步地，一个时隙广播的多基站蜂窝网系统内的用户需要在T时隙内分别获取到同一文件，T的取值由对所请求文件的服务质量(QoS)决定。基站传输文件时先将该文件分成N个等长的数据包后分时隙发送，基站在每个时隙可发送一个数据包。N的取值由信道容量以及所请求的文件大小决定。具体计算方法如下：其中L[Kb]为所请求的文件大小,c[Kb/slot]为广播信道单个时间间隙所传输的数据量。基站对文件进行分割时，如文件长度不足，则在后面增加零补足长度。进一步地，一个时隙广播的多基站蜂窝网系统需要在未来T个时隙内决定每个时隙内每个基站的发射功率以及传输内容。系统根据用户未来的移动路径以及信道质量决定每个时序需要覆盖的目标用户，并选择合适的发射功率去覆盖上述目标用户。在完成“在规定T个时隙内向K个用户传输同一文件”这样一个工作任务的时候，传统方案可能是每个时刻都覆盖所有用户，并且选择基站的最大传输功率去传输。而本方案的工作就是每个时隙只覆盖一部分用户，因此发射功率只需要使得信号覆盖这部分目标用户即可，没必要使用最大功率。本方案决定了每个时隙到底需要覆盖哪些用户、以及覆盖这些用户应该使用多大的传输功率。在完成在规定T个时隙内向K个用户传输同一文件的工作任务时使用的总传输能耗比传统方法更少。具体的，进一步地，当预测到移动用户未来的地理位置后，每个基站获取各自关联的每个用户Ui在第t个时隙相对基站BSj的欧氏距离dijt，单位为千米；基站控制中心预测各基站BSj在t时隙成功传输数据给每个移动的用户Ui所需的最小传输功率的理论值Λijt；再进一步地，传输功率的理论值Λijt具体预测方法如下：首先根据PL＝128.1+37.6log10(max(0.035,dijt))[dB]计算路径损耗PL，其中max(0.035,dijt)表示在0.035Km和dijt之间取较大的值；根据ηijt＝-174+10*log(wijt)+NF[dBm]计算由基站BSj在第t个时隙传输数据给用户Ui的噪声功率ηijt，其中wijt[MHz]为在t时隙基站BSj与用户Ui的通信带宽；NF[dB]为噪声系数，wijt和NF由具体的基站和终端设备确定。根据Λijt＝γ+PL+ηijt-αBS-αm模型计算最小传输功率的理论值Λijt，其中αBS和αm分别为基站天线增益和移动终端天线增益，由具体使用的设备决定；γ为移动用户终端所需的信噪比(SNR)阈值，该参数根据系统中移动用户所使用终端的信号来决定，默认值为3dB。进一步地，定义变量Xijt来表征用户Ui是否是基站BSj在第t个时隙的目标用户，当用户Ui是该目标用户时Xijt＝1，否则Xijt＝0；令表示基站BSj在第t个时隙需要的发射功率，构建问题如下：MinimizeSubjecttoC1:C2:C3:Xijt＝0,ifΛijt>Pjmax,fori＝1,2,...,K,j＝1,2,...,M,t＝1,2,...,T.C4：Pjt≥Λijt·Xijt，其中i＝1,2,...,K,j＝1,2,...,M,t＝1,2,...,T；其中Pjmax为基站BSj允许的最大发射功率，由具体使用设备决定；使用标准割平面法对上述优化问题进行求解，可得出Xijt；由于每个Xijt都是未知数，Xijt代表了在t个时隙，基站BSj是否需要传输数据或者说用信号去覆盖用户Ui；上述公式的目的就是去解这个未知数，确定每个Xijt到底应该取0还是取1。在接下来的t个时隙(t∈[1,T])内，BSC控制各基站BSj(j∈[1,M])按照如下方式传输数据包，首先计算Pjt：如果Pjt＝0，则基站BSj在第t个时隙不发送任何数据；否则基站BSj基于分割后的N个原始数据包，在有限域GF(256)通过线性随机编码算法生成一个编码包，然后以Pjt的传输功率广播给自己基站内的所有移动用户。进一步地，T个时隙后，每个用户利用高斯-约当消元法对自己所收到的数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高移动广播通信系统传输能耗效率的方法，其特征在于：一个时隙广播的多基站蜂窝网系统下有M个基站，标记任意一个基站为BS

【技术特征摘要】
1.一种提高移动广播通信系统传输能耗效率的方法，其特征在于：一个时隙广播的多基站蜂窝网系统下有M个基站，标记任意一个基站为BSj，j＝1,2,...,M；基站通过核心网络连接到基站控制中心；在进行数据传输时，数据首先从服务器端传输到基站控制中心，再从基站控制中心传输到各个基站，最后由基站无线传输到各个用户，基站传输文件时先将该文件分成N个等长的数据包后分时隙发送，多基站蜂窝网系统内有K个移动的用户终端，用户在基站间移动，标记任意一个用户为Ui，i＝1,2,...,K；移动用户终端通过定位系统获取当前经度、纬度、移动速度和移动方向数据，并将以上数据通过上行数据通道上传到关联基站；基于移动的用户上传的历史经度、纬度、移动速度和移动方向数据，每个基站预测各自关联的每个移动的用户Ui在接下来T个时隙的地理位置；再对未来T时隙内各基站传输数据给各用户所需的最小传输功率进行估计；基站控制中心基于该估计结果对各时隙内每个基站需要传输数据的目标用户和传输功率进行选择，最终只覆盖部分用户，发射功率只需要使得信号覆盖这部分目标用户即可，从而将在规定T个时隙内向K个用户传输同一文件时总传输能耗降低。


2.根据权利要求1所述的一种提高移动广播通信系统传输能耗效率的方法，其特征在于：一个时隙广播的多基站蜂窝网系统内的用户需要在T时隙内分别获取到同一文件，基站传输文件时先将该文件分成N个等长的数据包后分时隙发送，基站在每个时隙可发送一个数据包，基站对文件进行分割时，如文件长度不足，则在后面增加零补足长度。


3.根据权利要求1所述的一种提高移动广播通信系统传输能耗效率的方法，其特征在于：一个时隙广播的多基站蜂窝网系统需要在未来T个时隙内决定每个时隙内每个基站的发射功率以及传输内容，系统根据用户未来的移动路径以及信道质量决定每个时序需要覆盖的目标用户，并选择合适的发射功率去覆盖上述目标用户。


4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种提高移动广播通信系统传输能耗效率的方法，其特征在于：当预测到移动用户未来的地理位置后，每个基站获取各自关联的每个用户Ui在第t个时隙相对基站BSj的欧氏距离dijt；
基站控制中心预测各基站BSj在t时隙成功传输数据给每个移动的用户Ui所需的最小传输功率的理论值Λijt。


5.根据权利要求4所述的一种提高移动广播通信系统传输能耗效率的方法，其特征在于：传输功率的理论值Λijt具体预测方法如下：
首先根据PL＝128.1+37.6log10(...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄霖宇，卢亮，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51