基于能效性和干擾因子的綠色通信協(xié)作用戶選擇方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于能效性和干擾因子的綠色通信協(xié)作用戶選擇方法。通過(guò)計(jì)算用戶所處位置、用戶信噪比、衰落因子、小區(qū)內(nèi)用戶間干擾以及與之對(duì)應(yīng)的能效性來(lái)確定其是否作為協(xié)作用戶。本發(fā)明是在網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)備選協(xié)作用戶的情況下，以空閑用戶到備選協(xié)作用戶之間的端到端干擾因子小于門(mén)限閾值，以及源用戶在選擇協(xié)作用戶過(guò)程中能效性最大為目標(biāo)，確定最終的協(xié)作用戶。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)協(xié)作用戶選擇方法因忽視系統(tǒng)能效性和干擾因素影響引起的能源過(guò)度消耗、小區(qū)系統(tǒng)負(fù)載較大等問(wèn)題。仿真實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明提出的基于能效性和干擾因子的綠色通信協(xié)作用戶選擇方法在提高系統(tǒng)優(yōu)能效性和抗干擾方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。
【專利說(shuō)明】基于能效性和干擾因子的綠色通信協(xié)作用戶選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在綠色協(xié)作通信中源用戶基于小區(qū)中協(xié)作用戶間的能效性以及備選協(xié)作用戶間干擾因子影響的協(xié)作用戶選擇的方法，屬于無(wú)線通信中LTE上行協(xié)作通信中繼選擇研究的相關(guān)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著用戶對(duì)高速移動(dòng)通信的需求，第三代合作伙伴計(jì)劃于2004年啟動(dòng)LTE (LongTerm Evolution)的研究項(xiàng)目。LTE系統(tǒng)以提高數(shù)據(jù)速率、減小傳輸延時(shí)、提高系統(tǒng)頻譜效率、降低運(yùn)營(yíng)成本等為設(shè)計(jì)目標(biāo)。與此同時(shí)，隨著互聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線通信的普及，信息與通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為能源消耗和溫室氣體排放的主要產(chǎn)業(yè)之一。下一代信息通信技術(shù)可在節(jié)能減排、綠色環(huán)保等方面做出領(lǐng)先性的貢獻(xiàn)。綠色無(wú)線通信的提出旨在減小能源消耗，降低電磁輻射，提高資源利用率，使資源消耗和環(huán)境影響最小，從而達(dá)到降低生態(tài)環(huán)境負(fù)擔(dān)，確保可持續(xù)發(fā)展以及人與自然和諧發(fā)展的目的。降低能耗不僅僅是要保護(hù)環(huán)境，還要通過(guò)節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本從而帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。另外，綠色無(wú)線通信技術(shù)不僅有助于降低通信產(chǎn)業(yè)的碳排放及能量消耗，還有助于引領(lǐng)其它行業(yè)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
[0003]為了改善系統(tǒng)信道傳輸性能、提高小區(qū)鏈路傳輸可靠性，可以在通信系統(tǒng)中加入多用戶分集協(xié)作系統(tǒng)。協(xié)作通信作為未來(lái)無(wú)線通信提高頻譜效率的關(guān)鍵技術(shù)之一，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。用戶可以根據(jù)小區(qū)內(nèi)用戶的發(fā)射功率、用戶所處的位置、用戶所處信道的衰落因子以及信道的信噪比等信道狀態(tài)信息來(lái)選擇合適的協(xié)作用戶。從選擇協(xié)作用戶的依據(jù)來(lái)看，可以根據(jù)用戶的位置、用戶之間以及用戶到基站的信道狀態(tài)等進(jìn)行分類。其中，根據(jù)信道狀態(tài)選擇分類是目前研究的主要方向。因?yàn)槟壳按蠖鄶?shù)系統(tǒng)并不支持獲取用戶的準(zhǔn)確位置信息，而且位置信息也并不等同于信道質(zhì)量的好壞，而根據(jù)用戶的信道狀態(tài)信息選擇還可以分為根據(jù)瞬時(shí)信道信息選擇和根據(jù)平均信道信息選擇兩種，前者適合于突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸，后者適合于連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。
[0004]通常協(xié)作用戶的選擇方法主要分為分散式和集中式兩種，前者只是針對(duì)單個(gè)用戶的通信質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)，而后者可以進(jìn)行整個(gè)基站的統(tǒng)一分配，從而達(dá)到整體最優(yōu)化。但無(wú)論哪種選擇方法，均未結(jié)合小區(qū)內(nèi)備選協(xié)作用戶對(duì)參與協(xié)作用戶存在干擾等因素以及考慮系統(tǒng)能效性等角度來(lái)研究協(xié)作用戶選擇的問(wèn)題。
[0005]2008年，張鴻濤的北京郵電大學(xué)博士畢業(yè)論文《無(wú)線網(wǎng)絡(luò)多用戶協(xié)作傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究》中提出了協(xié)作通信的中繼策略的自適應(yīng)選擇方法，對(duì)協(xié)作通信方式有了較為深刻的介紹，但文獻(xiàn)并未討論在協(xié)作用戶的選擇過(guò)程中，考慮備選空閑用戶對(duì)參與協(xié)作用戶干擾影響以及系統(tǒng)在協(xié)作過(guò)程中的能效性等內(nèi)容。這導(dǎo)致所選取的協(xié)作用戶性能也許為最優(yōu)，但小區(qū)內(nèi)基站與用戶間的能效利用率并不是最高，從而導(dǎo)致能源過(guò)度消耗，小區(qū)系統(tǒng)負(fù)載較大等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的協(xié)作用戶選擇過(guò)程中，忽視系統(tǒng)能效性和干擾因素影響的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于能效性和協(xié)作用戶干擾因子的綠色通信協(xié)作用戶最優(yōu)選擇方法，在網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)備選協(xié)作用戶的情況下，以空閑用戶到備選協(xié)作用戶之間的端到端干擾因子小于門(mén)限閾值，以及源用戶在選擇協(xié)作用戶過(guò)程中能效性最大為目標(biāo)，構(gòu)建LTE上行平臺(tái)協(xié)作通信環(huán)境，完成協(xié)作用戶的選擇。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:以小區(qū)內(nèi)協(xié)作用戶選擇過(guò)程中的能源利用效率以及空閑用戶對(duì)備選協(xié)作用戶的干擾因子為參數(shù)指標(biāo)來(lái)確定協(xié)作用戶。通過(guò)計(jì)算用戶所處位置、用戶信噪比、衰落因子、小區(qū)內(nèi)用戶間干擾以及與之對(duì)應(yīng)的能效性來(lái)確定其是否作為協(xié)作用戶，從而有效降低小區(qū)內(nèi)系統(tǒng)的能源消耗和系統(tǒng)開(kāi)銷，提高系統(tǒng)能效性和選取協(xié)作用戶最優(yōu)性，提升系統(tǒng)性能。
[0008]本發(fā)明的小區(qū)模型示意圖如圖2所示。為理解方便，下面對(duì)本發(fā)明中涉及到的幾個(gè)概念進(jìn)行說(shuō)明:
[0009]源用戶:指一個(gè)小區(qū)內(nèi)需要向基站發(fā)送信息的用戶。源用戶可以是小區(qū)內(nèi)任意一個(gè)用戶，但一次通信過(guò)程中只有一個(gè)源用戶；
[0010]備選協(xié)作用戶:指在協(xié)作通信過(guò)程中，有可能成為源用戶協(xié)作用戶的用戶。除了源用戶，任何一個(gè)用戶都可以是備選協(xié)作用戶；
[0011]空閑用戶:指一個(gè)小區(qū)內(nèi)除源用戶、備選協(xié)作用戶以外的其它用戶。相對(duì)于某個(gè)備選協(xié)作用戶而言，除了源用戶和這個(gè)備選協(xié)作用戶外都是空閑用戶。
[0012]基于能效性和干擾因子的綠色通信協(xié)作用戶選擇方法，包括以下步驟:
[0013]步驟1，系統(tǒng)初始化:根據(jù)實(shí)際情況和要求設(shè)定各備選用戶到源用戶的干擾因子門(mén)限閾值。
[0014]步驟2，計(jì)算小區(qū)內(nèi)各備選協(xié)作用戶的干擾因子。
[0015]備選協(xié)作用戶的干擾因子等于該備選協(xié)作用戶消耗單位功率時(shí)，收到空閑用戶發(fā)送的干擾信號(hào)數(shù)據(jù)量。
[0016]步驟2.1，計(jì)算備選協(xié)作用戶收到空閑用戶發(fā)送的干擾信號(hào)的數(shù)據(jù)量。
[0017]假設(shè)小區(qū)內(nèi)共有N個(gè)用戶，第i個(gè)為源用戶，i = 1，2，---,No
[0018](I)計(jì)算備選協(xié)作用戶η接收源用戶i發(fā)送的功率Pm:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種基于能效性和干擾因子的綠色通信協(xié)作用戶選擇方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1，系統(tǒng)初始化:根據(jù)實(shí)際情況和要求設(shè)定各備選用戶到源用戶的干擾因子門(mén)限閾值； 步驟2，計(jì)算小區(qū)內(nèi)各備選協(xié)作用戶的干擾因子； 備選協(xié)作用戶的干擾因子等于該備選協(xié)作用戶消耗單位功率時(shí)，收到空閑用戶發(fā)送的干擾信號(hào)數(shù)據(jù)量； 步驟3，根據(jù)步驟2求得的各個(gè)備選協(xié)作用戶的干擾因子，在小區(qū)內(nèi)選擇K個(gè)干擾因子小于等于干擾因子門(mén)限閾值的備選協(xié)作用戶構(gòu)成備選協(xié)作用戶集合U= {Un}，n=l，2，...，!(，1〈K〈N ； 步驟4，計(jì)算備選協(xié)作用戶集合U中各備選協(xié)作用戶的能效性； 備選協(xié)作用戶的能效性等于源用戶和備選協(xié)作用戶消耗單位功率時(shí)，該備選協(xié)作用戶收到源用戶發(fā)送的信息傳輸數(shù)據(jù)量； 步驟5，選取能效性En為 目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)步驟4的計(jì)算結(jié)果求能效性最大的備選協(xié)作用戶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于能效性和干擾因子的綠色通信協(xié)作用戶選擇方法，其特征在于，步驟2所述計(jì)算小區(qū)內(nèi)各備選協(xié)作用戶干擾因子的方法包括以下步驟: (O計(jì)算備選協(xié)作用戶收到空閑用戶發(fā)送的干擾信號(hào)的數(shù)據(jù)量； 假設(shè)小區(qū)內(nèi)共有N個(gè)用戶，第i個(gè)為源用戶，i = 1，2，…，N ; 首先，計(jì)算備選協(xié)作用戶η接收源用戶i發(fā)送的功率Pm:

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于能效性和干擾因子的綠色通信協(xié)作用戶選擇方法，其特征在于，步驟4所述計(jì)算備選協(xié)作用戶集合U中各備選協(xié)作用戶的能效性的方法包括以下步驟: (O計(jì)算備選協(xié)作用戶收到源用戶發(fā)送的信息傳輸數(shù)據(jù)量； 首先，計(jì)算協(xié)作傳輸過(guò)程中第一個(gè)時(shí)隙內(nèi)源用戶i發(fā)送信息到備選協(xié)作用戶η和基站D的信息傳輸數(shù)據(jù)量CSKn:
【文檔編號(hào)】H04W24/02GK103716816SQ201310740113
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】孫恩昌, 李萌, 張延華, 蘇嘯塵, 司鵬搏, 楊睿哲, 孫艷華 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)