基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋終端直通通信系統(tǒng)能效與時延折衷方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋終端直通通信系統(tǒng)能效與時延折衷方法，該基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋終端直通通信系統(tǒng)能效與時延折衷方法通過引入組的概念，將工作在同一個正交頻段的所有用戶定義為一個組，因此用戶間的干擾只存在于組內(nèi)，組與組之間不存在干擾，組概念的引入將該算法的最優(yōu)化問題分解成了一系列的子問題，從而大大的降低了計算的復(fù)雜度。本發(fā)明定量的揭示出了該通信系統(tǒng)中時延和能效的折衷關(guān)系，該定量關(guān)系為工程設(shè)計中控制和權(quán)衡時延和能效性能提供了重要的理論準(zhǔn)則。本發(fā)明提出的能效-時延折衷算法不需要知道任何有關(guān)業(yè)務(wù)到達(dá)率和信道條件的統(tǒng)計分布的先驗知識，具有信號開銷小的優(yōu)點，從而能容易的應(yīng)用于實際系統(tǒng)。
【專利說明】基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋終端直通通信系統(tǒng)能效與時延折衷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋終端直通通信系統(tǒng)能效與時延折衷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋的干擾受限的終端直通技術(shù)能增加資源利用率、提高小區(qū)的覆蓋范圍、增加小區(qū)單元的吞吐量并且節(jié)省用戶設(shè)備的功耗。終端直通鏈路有使用專用的頻段或與蜂窩鏈路共享頻段兩種工作模式，其中與蜂窩鏈路共享頻譜有更高的譜效，但是使用終端直通模式的用戶與使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)模式的用戶共享頻段會造成嚴(yán)重的相互干擾，從而導(dǎo)致一個干擾受限的場景。
[0003]對于這種干擾受限的場景，目前有兩個研究方向。第一個是在保證用戶服務(wù)質(zhì)量(QoS)的情況下，通過干擾協(xié)調(diào)或者功率控制技術(shù)去實現(xiàn)功耗最小化；第二個是通過設(shè)計合適的資源分配策略去實現(xiàn)譜效最大化。功耗和譜效是兩個傳統(tǒng)通信技術(shù)指標(biāo)，分別用于衡量在保證用戶服務(wù)質(zhì)量下功耗需求的最小程度，以及受限頻譜被利用的有效程度。但是二者都不能描述能量消耗的有效程度。為此，為適應(yīng)環(huán)境友好型的未來無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和規(guī)劃，能效作為一個全新的技術(shù)指標(biāo)被提出。
[0004]但是，能效和功耗以及能效和譜效這兩對技術(shù)指標(biāo)不能同時實現(xiàn)最優(yōu)，從而導(dǎo)致很難借鑒已有的關(guān)于功耗和譜效的研究成果。因此，在這種干擾受限場景中，設(shè)計能效最優(yōu)的功率分配算法是一個很值得研究的課題。但是由于能效最優(yōu)問題固有的非凸性，以及蜂窩模式用戶和終端直通用戶的耦合功率分配，使得研究該問題極具挑戰(zhàn)性。而目前對于這種干擾受限場景下的能效最優(yōu)問題的研究也非常有限。
[0005]另一方面，對于存在終端直通技術(shù)的通信系統(tǒng)，時延性能是保證用戶服務(wù)質(zhì)量的另一關(guān)鍵指標(biāo)。如果業(yè)務(wù)對于時延很敏感，晚到達(dá)的數(shù)據(jù)是無用的，不僅浪費能量并且會降低用戶的服務(wù)質(zhì)量。但是目前存在的對于終端直通的研究，都是考慮功耗、譜效或者能效，并沒有考慮時延。并且這些研究都是基于瞬時和靜止的模型，從而不足以描述實際無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)到達(dá)的隨機(jī)性和信道條件的時變性。
[0006]因此，對于基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋的干擾受限的終端直通的通信系統(tǒng)，需要在考慮業(yè)務(wù)隨機(jī)到達(dá)和時變信道條件下，建立理論分析模型，設(shè)計功率分配算法。從而定量揭示出能效-時延的折衷關(guān)系，提出能效-時延折衷算法，為工程設(shè)計中控制和權(quán)衡能效和時延性能
建立理論準(zhǔn)則。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明實施例的目的在于定量揭示蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋終端直通通信系統(tǒng)能效與時延的[0(1/V)，0(V)]折衷關(guān)系，提供一種基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋終端直通通信系統(tǒng)能效與時延折衷方法，該方法不需要知道任何有關(guān)業(yè)務(wù)到達(dá)率和信道條件的統(tǒng)計分布的先驗知識，具有信號開銷小的優(yōu)點，從而能容易的應(yīng)用于實際系統(tǒng)。[0008]本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋終端直通通信系統(tǒng)能效與時延折衷方法，該基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋終端直通通信系統(tǒng)能效與時延折衷方法包括以下步驟:
[0009]步驟一，對于基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋的干擾受限的終端直通的通信系統(tǒng)，引入組的概念，假設(shè)系統(tǒng)存在R個正交的頻段，將工作在同一個正交頻段的所有用戶定義為一個組，即系統(tǒng)存在R個組，因此用戶間的干擾只存在于組內(nèi)，組與組之間不存在干擾；
[0010]步驟二，給出了組r內(nèi)工作在蜂窩模式的用戶在基站的接收信干噪比/::(7(4
Gr(t))和工作在終端直通模式的用戶在終端直通接收端的接收信干噪比y:(Ρ\?\ Gr(t))的定義公式；
[0011]通過香農(nóng)公式給出組r內(nèi)工作在蜂窩模式的用戶的傳輸速率和終端直通模式的用戶的傳輸速率?)的定義公式；
[0012]步驟三，給出系統(tǒng)工作在蜂窩模式的用戶的傳輸速率Rm(t)、工作在終端直通模式的用戶的傳輸速率Rn(t)和所有工作的用戶的總傳輸速率Rttrt (t)的定義公式；
[0013]步驟四，給出了單用戶的瞬時功耗Pk(t)、長期的平均功耗Pk和系統(tǒng)瞬時總功耗Ptot⑴的定義公式:
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋終端直通通信系統(tǒng)能效與時延折衷方法，其特征在于，該基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋終端直通通信系統(tǒng)能效與時延折衷方法包括以下步驟: 步驟一，對于基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋的干擾受限的終端直通的通信系統(tǒng)，引入組的概念，假設(shè)系統(tǒng)存在R個正交的頻段，將工作在同一個正交頻段的所有用戶定義為一個組，即系統(tǒng)存在R個組，因此用戶間的干擾只存在于組內(nèi)，組與組之間不存在干擾； 步驟二，給出了組r內(nèi)工作在蜂窩模式的用戶在基站的接收信干噪比Gr(t))和工作在終端直通模式的用戶在終端直通接收端的接收信干噪比K(P1Xi), Gr(t))的定義公式; 通過香農(nóng)公式給出組r內(nèi)工作在蜂窩模式的用戶的傳輸速率<,(/)和終端直通模式的用戶的傳輸速率巧(/)的定義公式； 步驟三，給出系統(tǒng)工作在蜂窩模式的用戶的傳輸速率Rm(t)、工作在終端直通模式的用戶的傳輸速率Rn(t)和所有工作的用戶的總傳輸速率Rttrt (t)的定義公式； 步驟四，給出了單用戶的瞬時功耗Pk(t)、長期的平均功耗Pk和系統(tǒng)瞬時總功耗Ptot (t)的定義公式:
2.如權(quán)利要求1所述的基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋終端直通通信系統(tǒng)能效與時延折衷方法，其特征在于，在步驟二中，用戶在基站的接收信干噪比KW/), Gr (t))的定義公式為:



3.如權(quán)利要求1所述的基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋終端直通通信系統(tǒng)能效與時延折衷方法，其特征在于，在步驟二中，組r內(nèi)工作在蜂窩模式的用戶的傳輸速率
4.如權(quán)利要求1所述的基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋終端直通通信系統(tǒng)能效與時延折衷方法，其特征在于，在步驟三中，給出系統(tǒng)工作在蜂窩模式的用戶的傳輸速率Rm(t)的定義公式:
【文檔編號】H04W28/14GK103634850SQ201310646353
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】盛敏, 李渝舟, 孫煜華, 張琰, 王璽均, 史琰, 劉國慶, 王亮 申請人:西安電子科技大學(xué)