專利名稱：一種異構(gòu)網(wǎng)中的低能耗協(xié)作傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異構(gòu)網(wǎng)中的低能耗協(xié)作傳輸方法，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
信息與通信技術(shù)(ICT,Information and Communication Technology)工業(yè)消耗的能量以每年15-20%的速度增長(zhǎng)，使之逐漸成為全球溫室氣體排放越來(lái)越重要的一個(gè)因素。為了減少ICT行業(yè)對(duì)環(huán)境的影響，越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注如何降低相關(guān)行業(yè)的能耗問(wèn)題。綠色通信(GR，Green Radio)面向未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)，旨在提出具有低能耗的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和傳輸技術(shù)，已得到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，見(jiàn)參考文件I。研究數(shù)據(jù)表明，全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量在2011年至2016年期間可能會(huì)增長(zhǎng)18倍，平均每年增長(zhǎng)比例為78%，見(jiàn)參考文件2，增大網(wǎng)絡(luò)容量最直接的方法就是部署更多的基站。為了滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在數(shù)據(jù)量需求高的地區(qū)布置額外的基站，為了減少開(kāi)銷，在布置基站的同時(shí)還要與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)兼容，見(jiàn)參考文件3。因此，未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)將具有異構(gòu)網(wǎng)(HetNet, Heterogeneous Network)結(jié)構(gòu)，即系統(tǒng)將由傳統(tǒng)的宏(Macro)基站和不同類型的低功率基站構(gòu)成。常見(jiàn)的低功率基站包括微(Micro)基站、毫微(Pico)基站、家庭(Femto)基站和遠(yuǎn)程射頻節(jié)點(diǎn)(RRH，Remote Radio Head)，將其統(tǒng)稱為微基站。通過(guò)引入低功率基站，異構(gòu)網(wǎng)能夠獲得更大的小區(qū)分裂增益，進(jìn)而提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的容量。目前的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，小區(qū)使用頻分復(fù)用或部分頻率復(fù)用或軟頻率復(fù)用，未來(lái)的移動(dòng)通信系統(tǒng)為了提高頻譜效率，使用全頻復(fù)用，導(dǎo)致小區(qū)間干擾(ICI，Inter-CellInterference)非常嚴(yán) 重。尤其是異構(gòu)網(wǎng)中宏基站與微基站的發(fā)射功率差異很大，宏小區(qū)與微小區(qū)之間的小區(qū)間干擾是異構(gòu)網(wǎng)中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一，見(jiàn)參考文件3。第3代合作伙伴計(jì)劃(3GPP, 3rd Generation Partnership Project)的 Release 8 和 Release10分別在頻域和時(shí)域提出消除干擾的方法，在3GPP LTE的Releasell中提出協(xié)作多點(diǎn)(CoMP, CoordinatedMult1-Point)傳輸技術(shù),能夠充分利用系統(tǒng)的時(shí)頻資源，通過(guò)基站間的相互協(xié)作在空域消除小區(qū)間干擾，具有較大的系統(tǒng)性能提升潛力，見(jiàn)參考文件3。CoMP下行傳輸可以分為兩類聯(lián)合處理(JP, Joint Processing)和協(xié)作波束成型(CB, CoordinatedBeamforming),見(jiàn)參考文件4。對(duì)于CoMP-JP,協(xié)作基站之間共享所有用戶的全部數(shù)據(jù)信息和信道信息，通過(guò)對(duì)所有用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合傳輸，在消除小區(qū)間干擾的同時(shí)，有效地增強(qiáng)了信號(hào)能量。對(duì)于CoMP-CB，協(xié)作基站之間只需要共享信道信息，而不需要共享用戶的數(shù)據(jù)信息，因此每個(gè)基站只需計(jì)算其服務(wù)用戶的單小區(qū)預(yù)編碼，用于消除小區(qū)間干擾。從能量消耗的角度考慮，CoMP-JP采用多小區(qū)聯(lián)合預(yù)編碼而獲得較高的陣列增益，因此能夠有效地降低基站發(fā)射功耗；但是多小區(qū)聯(lián)合預(yù)編碼較高的計(jì)算復(fù)雜度又會(huì)帶來(lái)較高的信號(hào)處理功耗；同時(shí)協(xié)作基站間需要共享用戶的數(shù)據(jù)和信道信息，這將增加骨干網(wǎng)功耗。與之相比，在CoMP-CB中，每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)只由一個(gè)基站發(fā)送，因此CoMP-CB預(yù)編碼的陣列增益低，發(fā)射功耗較大；但較低維數(shù)的發(fā)射預(yù)編碼降低了信號(hào)處理功耗；而且由于基站間不需要共享用戶數(shù)據(jù)信息，因此骨干網(wǎng)功耗較低。此外，電路功耗是基站總功耗的重要組成部分，它取決于基站的工作狀態(tài)(開(kāi)啟或休眠)，CoMP-JP和CoMP-CB協(xié)作模式均需要協(xié)作基站同時(shí)工作，因此需要較高的電路功耗。CoMP-JP和CoMP-CB的總能耗取決于各項(xiàng)功耗的高低，與用戶的數(shù)據(jù)率需求有關(guān)，因此，在滿足用戶需求時(shí)，單一的協(xié)作模式并不會(huì)始終達(dá)到最低的能耗。參考文件1:Li Ye-Geoffery, Xu Zh1-kun, Xiong Cong, et al..Energy-Efficientffireless Communications:Tutorial, Survey, and Open Issues [J].1EEE WirelessCommunication Magazine, 2011，18(6) :28-35參考文件2 :Cisco. Cisco visual networking index:Global mobile datatrafficforecast update,2011-2016[OL]·http://www. cisco, com/en/US/solutions/collateral/ns341/ns525/ns537/ns705/ns827/white_paper_cll-520862. html. 2012. 2參考文件3 :Holma H and Toskala A. LTE-Advanced:3GPP solutionforIMT-Advanced[M]. New York:John Wiley & Sons,2012.參考文件4 Yang Chen-yang, Han Sheng-qian, Hou Xue-ying, et al. . HowtoDesign CoMP to Achieve its Promised Potential [J].1EEE Wireless CommunicationMagazine, 2012, Accepted.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述問(wèn)題，提出一種異構(gòu)網(wǎng)中低能耗的協(xié)作傳輸方法，有效地利用CoMP-JP在降低發(fā)射功耗方面的優(yōu)點(diǎn)、以及CoMP-CB在降低信號(hào)處理功耗和骨干網(wǎng)功耗方面的特點(diǎn)。同時(shí)，利用協(xié)作傳輸帶來(lái)的基站休眠機(jī)會(huì)，進(jìn)一步降低基站的電路功耗，從而大幅降低系統(tǒng)的能耗。由于本發(fā)明充分利用了宏基站與微基站的功率，因此能夠支持更高的系統(tǒng)頻譜效率需求?；谛诺纻文娴钠攘悴ㄊ尚?P-ZFBF，Pseudo-1nverse basedzero-forcingbeamforming)是一種常用的可以消除用戶間干擾的下行預(yù)編碼方法?；赑-ZFBF，本發(fā)明提出一種異構(gòu)網(wǎng)中的低能耗的協(xié)作傳輸方法，其中微小區(qū)為稀疏分布，因此微小區(qū)之間不存在干擾，小區(qū)內(nèi)使用時(shí)分和頻分模式服務(wù)用戶，即只有宏小區(qū)和微小區(qū)中在相同時(shí)間段使用相同的子載波服務(wù)的用戶存在干擾。一種異構(gòu)網(wǎng)中低能耗的協(xié)作傳輸方法，所述的異構(gòu)網(wǎng)系統(tǒng)包括宏小區(qū)和微小區(qū)，宏小區(qū)包括一個(gè)宏基站，微小區(qū)包括一個(gè)微基站，宏小區(qū)和微小區(qū)組成一個(gè)協(xié)作簇，協(xié)作簇內(nèi)的基站包括宏基站和微基站，在相同時(shí)間相同頻率服務(wù)K個(gè)用戶，包括以下幾個(gè)步驟步驟1:獲取CoMP-JP模式、MBS模式、mBS模式基于P-ZFBF的歸一化預(yù)編碼；步驟2:構(gòu)造混合協(xié)作預(yù)編碼，將CoMP-JP、MBS、mBS三種模式進(jìn)行復(fù)數(shù)加權(quán)組合，得到所有基站對(duì)用戶i的混合預(yù)編碼向量步驟3 :確定復(fù)加權(quán)系數(shù)幅值I λ Jj的取值范圍，獲取取值范圍內(nèi)的電路功耗、信號(hào)處理功耗、骨干網(wǎng)功耗和發(fā)射功耗；步驟4 :獲取步驟3中7種混合模式對(duì)應(yīng)的總功耗，得到總功耗最低的服務(wù)模式以及對(duì)應(yīng)的混合預(yù)編碼和最低的功耗。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(I)在功耗的角度考慮，CoMP-JP的陣列增益高、發(fā)射功耗低，但是矩陣運(yùn)算維數(shù)大、信號(hào)處理功耗高，同時(shí)共享數(shù)據(jù)量大、骨干網(wǎng)功耗高；CoMP-CB的陣列增益低、發(fā)射功耗高，但是矩陣運(yùn)算維數(shù)小、信號(hào)處理功耗低，同時(shí)共享數(shù)據(jù)量少、骨干網(wǎng)功耗低。因此對(duì)于任意的用戶需求，單一的CoMP-JP或CoMP-CB模式并不始終是最優(yōu)的選擇。本發(fā)明提出的混合協(xié)作預(yù)編碼方法能同時(shí)利用CoMP-JP和CoMP-CB的優(yōu)點(diǎn)，在滿足用戶的數(shù)據(jù)率需求時(shí)，自適應(yīng)地選擇功耗最低的協(xié)作模式，從而達(dá)到最低的能耗；(2)本發(fā)明提出的異構(gòu)網(wǎng)下的混合協(xié)作預(yù)編碼方法，能夠充分利用宏基站和微基站的發(fā)射功率，從而達(dá)到更高的頻譜效率；根據(jù)異構(gòu)網(wǎng)的特點(diǎn)，不同類型基站的最大發(fā)射功率差別很大，在單基站功率約束下，CoMP-JP協(xié)作模式的宏基站發(fā)射功率受限于微基站最大發(fā)射功率，導(dǎo)致宏基站的功率利用率較低，可達(dá)頻譜效率較低；CoMP-CB協(xié)作模式的宏基站和微基站發(fā)射功率彼此不受限，但是其陣列增益低，可達(dá)頻譜效率較低；本發(fā)明的混合協(xié)作預(yù)編碼方法可以充分利用CoMP-JP陣列增益高和CoMP-CB基站功率充分利用的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到更高的頻譜效率；(3)本發(fā)明提出的混合協(xié)作預(yù)編碼方法為基站提供了基站休眠的機(jī)會(huì)。協(xié)作的最初目的是為了消除干擾或?qū)⒏蓴_轉(zhuǎn)化為有用信號(hào)，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)容量；本發(fā)明中協(xié)作的目的是為了降低能耗，而CoMP-JP和CoMP-CB中協(xié)作簇內(nèi)的所有基站需要同時(shí)服務(wù)用戶，只要存在需要服務(wù)的用戶，就無(wú)法關(guān)閉任何一個(gè)基站；本發(fā)明中提出的單基站服務(wù)模式(包括宏基站服務(wù)和微基站服務(wù)模式)，可以充分利用基站協(xié)作的優(yōu)點(diǎn)，由協(xié)作簇內(nèi)某一個(gè)基站服務(wù)協(xié)作簇內(nèi)所有用戶，其他基站休眠，進(jìn)而為宏基站和微基站提供了基站休眠的機(jī)會(huì)，降低系統(tǒng)能耗。


圖1是本發(fā)明的方法流程圖；圖2是本發(fā)明的兩小區(qū)異構(gòu)網(wǎng)示意圖；圖3是本發(fā)明的方法單次信道實(shí)現(xiàn)時(shí)的模式切換圖；圖4是本發(fā)明的方法與CoMP-JP和CoMP-CB方法的平均功耗比較圖。圖中橫軸表示協(xié)作簇內(nèi)用戶的總頻譜效率需求,縱軸表示協(xié)作簇的總功耗,混合模式表示本發(fā)明中的方法。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明是一種異構(gòu)網(wǎng)中的低能耗協(xié)作傳輸方法，針對(duì)異構(gòu)網(wǎng)系統(tǒng)，異構(gòu)網(wǎng)系統(tǒng)包括宏小區(qū)和微小區(qū)，宏小區(qū)包括一個(gè)宏基站，微小區(qū)包括一個(gè)微基站，宏小區(qū)和微小區(qū)組成一個(gè)協(xié)作簇，協(xié)作簇內(nèi)的基站(即協(xié)作基站)包括宏基站和微基站，在相同時(shí)間相同頻率服務(wù)K個(gè)用戶。本發(fā)明提出一種異構(gòu)網(wǎng)中低能耗的協(xié)作傳輸方法，包括以下幾個(gè)步驟步驟1:獲取CoMP-JP模式、宏基站服務(wù)(MBS)模式、微基站服務(wù)(mBS)模式基于P-ZFBF的歸一化預(yù)編碼。(I) CoMP-JP 模式下的 P-ZFBF 預(yù)編碼；
權(quán)利要求
1.一種異構(gòu)網(wǎng)中低能耗的協(xié)作傳輸方法，所述的異構(gòu)網(wǎng)系統(tǒng)包括宏小區(qū)和微小區(qū)，宏小區(qū)包括一個(gè)宏基站，微小區(qū)包括一個(gè)微基站，宏小區(qū)和微小區(qū)組成一個(gè)協(xié)作簇，協(xié)作簇內(nèi)的基站包括宏基站和微基站，在相同時(shí)間相同頻率服務(wù)K個(gè)用戶，包括以下幾個(gè)步驟步驟1:獲取CoMP-JP模式、MBS模式、mBS模式基于P-ZFBF的歸一化預(yù)編碼；其中=CoMP-JP表示宏基站與微基站進(jìn)行聯(lián)合預(yù)編碼服務(wù)用戶，MBS表示宏基站服務(wù)， mBS表示微基站服務(wù)，P-ZFBF表示基于偽逆的迫零波束成型。(1)CoMP-JP模式下的P-ZFBF預(yù)編碼；
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種異構(gòu)網(wǎng)中低能耗協(xié)作傳輸方法，異構(gòu)網(wǎng)系統(tǒng)包括宏小區(qū)和微小區(qū)，宏小區(qū)包括一個(gè)宏基站，微小區(qū)包括一個(gè)微基站，宏小區(qū)和微小區(qū)組成一個(gè)協(xié)作簇，包括以下幾個(gè)步驟1獲取CoMP-JP模式、MBS模式、mBS模式基于P-ZFBF的歸一化預(yù)編碼；2構(gòu)造混合協(xié)作預(yù)編碼，將CoMP-JP、MBS、mBS三種模式進(jìn)行復(fù)數(shù)加權(quán)組合，得到所有基站對(duì)用戶i的混合預(yù)編碼向量3確定復(fù)加權(quán)系數(shù)幅值|λij|的取值范圍，獲取取值范圍內(nèi)的電路功耗、信號(hào)處理功耗、骨干網(wǎng)功耗和發(fā)射功耗；4獲取步驟3中7種混合模式對(duì)應(yīng)的總功耗，得到使總功耗最低的服務(wù)模式以及對(duì)應(yīng)的混合預(yù)編碼和最低功耗，本發(fā)明自適應(yīng)地選擇功耗最低的協(xié)作模式，從而達(dá)到最低的能耗。
文檔編號(hào)H04W52/02GK103037485SQ20121055529
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者劉文佳, 韓圣千, 楊晨陽(yáng) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)