蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功率分配方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功率分配方法和系統(tǒng),包括:RRU對太陽能采集裝置進行監(jiān)測從而得到太陽能能量收集信息,并將其及RRU子信道的歷史信息發(fā)送給BBU;BBU根據(jù)接收到的RRU子信道的歷史信息得到RRU子信道狀態(tài)信息預(yù)測值;BBU根據(jù)得到的RRU子信道狀態(tài)信息預(yù)測值和接收到的RRU太陽能能量收集信息確定RRU的發(fā)射功率和儲能電池工作狀態(tài)信息的決策信息;RRU根據(jù)BBU對其發(fā)射功率和儲能電池工作狀態(tài)信息的決策信息,調(diào)整RRU的發(fā)射功率和儲能電池的工作狀態(tài)。本發(fā)明提供方法和系統(tǒng),以最優(yōu)化系統(tǒng)吞吐量和可再生能源利用率為目標,提出了基于協(xié)作傳輸?shù)目稍偕茉垂┠芊涓C網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功率分配方法和系統(tǒng)。
【專利說明】蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功率分配方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】,尤其涉及一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功率分配方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能終端與多媒體業(yè)務(wù)的普及,移動通信網(wǎng)絡(luò)能耗移動通信網(wǎng)絡(luò)能耗(以及碳排放量)呈幾何倍數(shù)增長。據(jù)統(tǒng)計,信息通信產(chǎn)業(yè)(Information CommunicationTechnology, ICT)占全球每年溫室氣體排放量的2%_3%,并且這一比例以每年9%的速度增長,到2020年將增長I倍,其中移動通信為ICT產(chǎn)業(yè)中能耗與碳排放增長速度最快的領(lǐng)域(其中基站能耗約占80%,相當于80億度電)。因此,降低移動通信網(wǎng)絡(luò)能耗、碳排放量成為當前移動通信網(wǎng)絡(luò),以及未來第五代(5G)移動通信網(wǎng)絡(luò)的重要目標之一。
[0003]可再生能源提供通信所需的過程中無石化能源消耗與碳排放等價,將可再生 能源(如太陽能、風(fēng)能等)引入移動通信網(wǎng)絡(luò)是降低碳排放的有效手段,并得到了廣泛的關(guān)注。J.Lei, R.Yates 等人在 “IEEE Trans.Wireless Communications, Feb.2009, vol? 8,n0.2,pp.547-551.,,〈〈A generic model for optimizingsingle-hop transmissionpolicy of replenishable sensors》提出了可再生能源供能傳感器網(wǎng)絡(luò)中的高能效傳輸算法。V.Sharma, U.Mukherji 等人在 “IEEE Trans.WirelessCommun., Apr.2010, vol.9, pp.1326-1336.,,〈〈Optimal energy management policies for energy harvesting sensornodes》提出了以最大化吞吐量為目標的能量管理策略。C.K.Ho,R.Zhang在“IEEE Trans.Signal Process.,vol.60,pp.4808 - 4818,Sep.2012.”《Optimal Energy Allocation forWireless Communications with Energy Harvesting Constraints》提出了以最小傳輸時延為目標的數(shù)據(jù)包調(diào)度與功率分配方案。K.Tutuncuoglu, A.Yener在“IEEE Trans.WirelessCommunications, Mar.2012, vol.11, n0.3, pp.1180-1189.,,〈〈Optimum transmissionpolicies forbattery limited energy harvesting nodes》提出了靜態(tài)信道中在給定傳輸時間下最大化傳輸比特數(shù)的傳輸策略。
[0004]協(xié)作傳輸技術(shù)是有效提高系統(tǒng)頻譜效率和能量效率的有效方法,該技術(shù)通過傳輸節(jié)點間移動用戶信道信息和數(shù)據(jù)信息的交互,多個傳輸節(jié)點對移動用戶進行聯(lián)合傳輸,從而提高邊緣用戶的吞吐量和高數(shù)據(jù)傳輸率的覆蓋范圍,減小邊緣用戶的干擾,提高小區(qū)吞吐量。
[0005]由于可再生能源(如,太陽能)受到自然條件(如,光照強度)與所部屬的能量采集裝置尺寸(如,太陽能板尺寸)的影響,單位時間所獲取的能量有限并且具有隨機性。
[0006]綜上所述,移動通信網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)合考慮可再生能源和協(xié)作傳輸技術(shù),未來前景巨大。然而,現(xiàn)有研究局限于非協(xié)作傳輸環(huán)境,沒有考慮協(xié)作傳輸?shù)那闆r。如何提供基于協(xié)作傳輸?shù)奶柲芄┠芊涓C網(wǎng)絡(luò)中的功率分配方法及系統(tǒng),保證滿足能量使用約束的同時提高系統(tǒng)吞吐量和可再生能源利用率,現(xiàn)有技術(shù)中基本上還沒有相關(guān)的技術(shù)方案。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的是針對上述問題,提供了一種基于協(xié)作傳輸?shù)奶柲芄┠芊涓C網(wǎng)絡(luò)中的功率分配方法和系統(tǒng)。
[0008]為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供了一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功率分配方法,所述方法包括:
[0009]射頻拉遠單元RRU對太陽能采集裝置進行監(jiān)測從而得到太陽能能量收集信息,并將所述太陽能能量收集信息和RRU子信道的歷史信息發(fā)送給室內(nèi)基帶處理單元BBU ;
[0010]所述BBU根據(jù)接收到的所述RRU子信道的歷史信息得到RRU子信道狀態(tài)信息預(yù)測值;
[0011 ] 所述BBU根據(jù)所述RRU子信道狀態(tài)信息預(yù)測值和接收到的所述RRU太陽能能量收集信息確定所述RRU的發(fā)射功率和儲能電池工作狀態(tài)信息的決策信息;
[0012]所述RRU根據(jù)所述BBU對其所述發(fā)射功率和所述儲能電池工作狀態(tài)信息的決策信息,調(diào)整所述RRU的發(fā)射功率和儲能電池的工作狀態(tài)。
[0013]優(yōu)選地,所述BBU采用信道預(yù)測方法得到所述RRU子信道狀態(tài)信息預(yù)測值。
[0014]優(yōu)選地,所述BBU確定所述RRU的發(fā)射功率包括:
[0015]計算第i個時間間隔內(nèi)所述RRUl在子信道n上的信道增益噪聲比:
[0016]Yiu=G?"\hn" 1-/ex-
[0017]其中, 為第i個時間間隔內(nèi)所述RRU在子信道n上的信道增益噪聲比,
i G {l,2,...,M+l},n G {1,2,...,N},I 為不同的 RRU 標識,N 為各 RRU 的子信道個數(shù),M+1為時間間隔個數(shù),Gn,u為第i個時間間隔RRUl在子信道n上的大尺度路徑損耗,hn,u為第i個時間間隔RRUl在子信道n上的瑞利衰落信道增益,O 2為噪聲功率。
[0018]優(yōu)選地,所述BBU確定所述RRU的發(fā)射功率還包括:計算第i個時間間隔內(nèi)所述
RRU在子信道n上的發(fā)射功率只^。
[0019]優(yōu)選地,所述計算第i個時間間隔內(nèi)所述RRU在子信道n上的發(fā)射功率包括
求優(yōu)化模型的最優(yōu)解,其中:
[0020]優(yōu)化模型為:
【權(quán)利要求】
1.一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功率分配方法,其特征在于,所述方法包括: 射頻拉遠單元RRU對太陽能采集裝置進行監(jiān)測從而得到太陽能能量收集信息,并將所述太陽能能量收集信息和RRU子信道的歷史信息發(fā)送給室內(nèi)基帶處理單元BBU ; 所述BBU根據(jù)接收到的所述RRU子信道的歷史信息得到RRU子信道狀態(tài)信息預(yù)測值;所述BBU根據(jù)所述RRU子信道狀態(tài)信息預(yù)測值和接收到的所述RRU太陽能能量收集信息確定所述RRU的發(fā)射功率和儲能電池工作狀態(tài)信息的決策信息; 所述RRU根據(jù)所述BBU對其所述發(fā)射功率和所述儲能電池工作狀態(tài)信息的決策信息,調(diào)整所述RRU的發(fā)射功率和儲能電池的工作狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功率分配方法,其特征在于,所述BBU采用信道預(yù)測方法得到所述RRU子信道狀態(tài)信息預(yù)測值。
3.如權(quán)利要求1所述的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功率分配方法,其特征在于,所述BBU確定所述RRU的發(fā)射功率包括: 計算第i個時間間隔內(nèi)所述RRUl在子信道n上的信道增益噪聲比:
Klli = Gnjj I hnJj I2 /CT2 其中,r,)/,為第i個時間間隔內(nèi)所述RRU在子信道n上的信道增益噪聲比,i G {l,2,...,M+l},n G {1,2,...,N},1 為不同的 RRU 標識,N 為各 RRU 的子信道個數(shù),M+1為時間間隔個數(shù),Gn,u為第i個時間間隔RRUl在子信道n上的大尺度路徑損耗,hn,u為第i個時間間隔RRUl在子信`道n上的瑞利衰落信道增益,O 2為噪聲功率。
4.如權(quán)利要求1或3所述的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功率分配方法,其特征在于,所述BBU確定所述RRU的發(fā)射功率還包括:計算第i個時間間隔內(nèi)所述RRU在子信道n上的發(fā)射功率。
5.如權(quán)利要求4所述的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功率分配方法,其特征在于,所述計算第i個時間間隔內(nèi)所述RRU在子信道n上的發(fā)射功率包括求優(yōu)化模型的最優(yōu)解,其中: 優(yōu)化模型為:
N M+1
max Z Z";,.'(弋.'K A" d 約束條件為: m'm'
> (^Eu-EiwkT /-1/=O mm-\ IXr ^ IX
i'-0 其中,m' G {1,2,...,M},m G {1,2,? ? ?,M+1},I ^ {1,2,? ? ?,L},第 i 個時間間隔
— r LYRRU在子信道n上的數(shù)據(jù)速率用rH,,.(AD = 1g2 1+表示,第i個時間間隔
_ V/-1J_
N內(nèi)RRUl消耗的能量用f+ 表示,I = e /n, £為峰均比,n為RRU中
n-1功率放大器效率,L表示RRU個數(shù),(?)+代表的運算為(?)+ = max {O,? },P。為RRU中其它模塊功率,為恒定值或通過監(jiān)測模塊實時監(jiān)測得到,E1;i為得到的RRU I在第i個時間間隔內(nèi)的太陽能能量收集信息;通過對所述優(yōu)化模型求最優(yōu)解,計算第i個時間間隔內(nèi)所述RRU在子信道n上的發(fā)射功率/。
6.如權(quán)利要求5所述的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功率分配方法,其特征在于,所述對所述優(yōu)化模型求最優(yōu)解具體包括: 選擇精度值A(chǔ)tjff,和[戍(初始值,其中,u為迭代次數(shù),初始值為O,m' G {1,2,? ? ?,M},m G {I, 2,, M+1}; 第i個時間間隔RRUl在子信道n上的發(fā)射功率用
+1M(Y2 ( I 1、)+主一甘 pHZ £ {1,2,…,M}_ ,nJJ 1___}_ ^= I m-/m二i , '"t^U^ln2[ Pun 1-M + \
L y2 H(?)+代表的運算為(O+zmaxlO,?};
宕:1天g.1廣f m'm'((ra—Im、丫 對<= <,",IXot-(IX.-u 和O PL--1XrZiC、V i=ii=0JJ\\ ^-0/=1 J j進行求解,獲得cC!和/C1的值,其中,Emx為儲能電池容量,X0和K0為迭代步長;
取 U = U +1 ; 判斷是否滿足迭代終止條件: 丨-< |< Kff 和 I 若上述迭代終止條件滿足,則停止迭代計算,Pn,M即為最優(yōu)發(fā)射功_ P 否則,重新計算pn,u,進行新一輪的迭代求解。
7.如權(quán)利要求1所述的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功率分配方法,其特征在于,所述BBU確定RRU儲能電池的工作狀態(tài)具體包括: 所述BBU根據(jù)RRU1,V/G {1,2,...,/.}的發(fā)射功率和太陽能能量收集情況{Eu,E1;2,...}確定所述RRU I的儲能電池的工作狀態(tài),包括以下步驟: 取i = 1,2,...,1+1,根據(jù)石,-廠€7是否大于O作如下操作;若~-1 ~E7大于等于O,則V1時刻所述RRU I所配置的太陽能采集裝置所收集的太陽能Em在第i個時間間隔直接為RRUl供電,剩余能量進入儲能電池進行存儲,即,所述太陽能采集裝置對儲能電池進行充電;若乓1-E7小于O,則V1時刻RRU I收集的太陽能E1^和儲能電池內(nèi)存儲的能量在第i個時間間隔一起為RRUl供電,所述儲能電池進行放電。
8.一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功率分配系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)包括BBU和至少一個RRU ;所述RRU用于監(jiān)測所述太陽能采集裝置能量收集信息和RRU子信道的歷史信息,將所述太陽能采集裝置能量收集信息和RRU子信道的歷史信息發(fā)送給所述BBU,并且所述RRU根據(jù)BBU對其發(fā)射功率和儲能電池工作狀態(tài)信息的決策,調(diào)整所述發(fā)射功率和所述儲能電池的工作狀態(tài); 所述BBU接收所述RRU發(fā)送的所述太陽能能量收集信息和所述RRU子信道的歷史信息,根據(jù)接收到的所述RRU子信道的歷史信息得到RRU子信道狀態(tài)信息預(yù)測值,并根據(jù)得到的所述子信道狀態(tài)信息預(yù)測值和接收到的所述RRU太陽能能量收集信息確定所述RRU的發(fā)射功率和儲能電池的工作狀態(tài)的決策。
9.如權(quán)利要求8所述的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功率分配系統(tǒng),其特征在于,所述BBU通過信息交換接口與所述RRU進行通信。
10.如權(quán)利要求8所述的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功率分配系統(tǒng),其特征在于,所述RRU包括太陽能采集裝置和儲能電池。
【文檔編號】H04W52/24GK103781168SQ201410055284
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】王澤玨, 李宏佳, 陳鑫, 霍冬冬, 王恒, 慈松, 趙志軍, 譚紅艷 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所