一種蜂窩網(wǎng)基站和中繼站頻譜共享及功率分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蜂窩網(wǎng)基站和中繼站頻譜共享及功率分配方法，所述方法包括：將蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂坪蛿?shù)據(jù)傳送分開處理；控制器通過拓?fù)淇刂泼媸占餍^(qū)信息并反饋給控制器的數(shù)據(jù)傳送面；數(shù)據(jù)傳送面計(jì)算接收信干比、數(shù)據(jù)傳輸速率和總功率消耗；在節(jié)點(diǎn)的最大功率約束、干擾功率約束和蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率約束下最大化蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的能量效率，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率并反饋給控制器的拓?fù)淇刂泼?；控制器的拓?fù)淇刂泼婀芾碛脩舻慕尤?、流量分?dān)、中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式和轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，并調(diào)節(jié)發(fā)射功率。本發(fā)明利用頻譜共享模型通過動態(tài)接入用戶和調(diào)節(jié)發(fā)射功率，有效抑制小區(qū)間干擾和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間干擾，達(dá)到頻譜效率和能量效率的動態(tài)平衡。
【專利說明】一種蜂窩網(wǎng)基站和中繼站頻譜共享及功率分配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及移動通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種蜂窩網(wǎng)基站和中繼站頻譜共享及功率分配方法。

【背景技術(shù)】
[0002]小區(qū)間干擾是影響蜂窩網(wǎng)小區(qū)邊緣用戶吞吐量的主要因素，而小區(qū)邊緣用戶的性能是衡量蜂窩網(wǎng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。另外，在蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中，微蜂窩、家庭基站等和宏蜂窩共享頻譜資源，會給宏蜂窩帶來信號干擾。
[0003]隨著用戶數(shù)和業(yè)務(wù)量迅猛增長，未來蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將變得更加復(fù)雜、層次更多，站點(diǎn)也密集得多，它們服務(wù)的用戶類型更多而且移動速度更快。在這樣復(fù)雜的蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)的基于最優(yōu)化理論的頻譜共享模型及功率分配方法將難以同時(shí)達(dá)到頻譜效率和能量效率目標(biāo)，呈現(xiàn)擴(kuò)展性和實(shí)時(shí)性差等問題。因此，有必要重新考慮復(fù)雜的蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中基站和中繼站的頻譜共享模型及功率分配方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中基站和中繼站的頻譜共享模型及功率分配方法擴(kuò)展性和實(shí)時(shí)性差的問題，本發(fā)明提供一種軟件定義的蜂窩網(wǎng)基站和中繼站頻譜共享模型及功率分配方法，利用頻譜共享模型通過動態(tài)接入用戶和調(diào)節(jié)發(fā)射功率，有效抑制小區(qū)間干擾和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間干擾，達(dá)到頻譜效率和能量效率的動態(tài)平衡。
[0005]下面闡述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0006]一種蜂窩網(wǎng)基站和中繼站頻譜共享及功率分配方法，所述方法包括:
[0007]將蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂坪蛿?shù)據(jù)傳送分開處理，用虛擬的控制器協(xié)調(diào)用戶接入和功率控制；控制器通過拓?fù)淇刂泼媸占餍^(qū)信息并反饋給控制器的數(shù)據(jù)傳送面；數(shù)據(jù)傳送面計(jì)算接收信干比、數(shù)據(jù)傳輸速率和總功率消耗，得到蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率值和能量效率值；在節(jié)點(diǎn)的最大功率約束、干擾功率約束和蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率約束下最大化蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的能量效率，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率并反饋給控制器的拓?fù)淇刂泼?；控制器的拓?fù)淇刂泼婀芾碛脩舻慕尤搿⒘髁糠謸?dān)、中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式和轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，并調(diào)節(jié)發(fā)射功率。
[0008]所述方法還包括:當(dāng)用戶和業(yè)務(wù)狀況發(fā)生變化時(shí)，控制器通過拓?fù)淇刂泼嬖俅问占畔⒉⒎答伣o數(shù)據(jù)傳送面，數(shù)據(jù)傳送面重新計(jì)算節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率并反饋給拓?fù)淇刂泼?，拓?fù)淇刂泼鎿?jù)此調(diào)整用戶的動態(tài)接入、流量分擔(dān)、中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式和轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，以及發(fā)射功率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)模型圖。
[0010]圖2為軟件定義的蜂窩網(wǎng)基站和中繼站頻譜共享模型示意圖。
[0011]圖3為軟件定義的蜂窩網(wǎng)基站和中繼站功率分配方法示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述，有利于更好地理解本發(fā)明。
[0013](I)設(shè)蜂窩網(wǎng)中有N個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)中心有一個(gè)配置多根天線的基站。第η個(gè)小區(qū)內(nèi)有Kn個(gè)位置隨機(jī)分布的中繼站(η= 1，，N)，假設(shè)它們都只有一根天線。在時(shí)刻t，第η個(gè)小區(qū)內(nèi)有Mn(t)個(gè)單天線用戶，它們的位置是隨機(jī)的、可能移動，另外用戶數(shù)也隨時(shí)間變化。蜂窩網(wǎng)的業(yè)務(wù)是突發(fā)性的。當(dāng)某個(gè)用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，它申請接入所在小區(qū)的基站或者中繼站。如果所在小區(qū)的基站或者中繼站負(fù)荷過大，它可以申請接入相鄰小區(qū)的基站或者中繼站。
[0014](2)在時(shí)刻t，某個(gè)用戶可能直接向所在小區(qū)的基站發(fā)送數(shù)據(jù)，也可能通過小區(qū)內(nèi)的中繼站轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到基站(上行)，采用常見的中繼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議如放大轉(zhuǎn)發(fā)；某個(gè)基站可能直接向小區(qū)內(nèi)的用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，也可能通過小區(qū)內(nèi)的中繼站轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)給用戶(下行)。它們采用的轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議不一定相同，中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式可能是全雙工或者半雙工的。各小區(qū)的上行和下行數(shù)據(jù)傳送共享同一頻帶，即采用襯墊式頻譜共享方案。但是，用戶接入是動態(tài)的，不依據(jù)某種準(zhǔn)則固定接入基站或者中繼站，而是綜合考慮基站和中繼站的流量負(fù)荷、業(yè)務(wù)優(yōu)先級、全/半雙工限制、干擾功率約束?？刂破魍ㄟ^拓?fù)淇刂泼媸占餍^(qū)中繼站和用戶位置、基站和中繼站的接入量、業(yè)務(wù)級別、中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式和轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議、信道系數(shù)等信息并反饋給控制器的數(shù)據(jù)傳送面。數(shù)據(jù)傳送面計(jì)算接收信干比、數(shù)據(jù)傳輸速率和總功率消耗，進(jìn)而得到蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率和能量效率。然后在節(jié)點(diǎn)的最大功率約束、干擾功率約束和蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率約束下最大化蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的能量效率，計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率并反饋給控制器的拓?fù)淇刂泼妗?br> [0015](3)控制器的拓?fù)淇刂泼婀芾碛脩舻膭討B(tài)接入、流量分擔(dān)、中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式和轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，并調(diào)節(jié)發(fā)射功率。當(dāng)用戶和業(yè)務(wù)狀況發(fā)生變化時(shí)，控制器通過拓?fù)淇刂泼嬖俅问占畔⒉⒎答伣o數(shù)據(jù)傳送面，數(shù)據(jù)傳送面重新計(jì)算節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率并反饋給拓?fù)淇刂泼?。拓?fù)淇刂泼鎿?jù)此調(diào)整用戶的動態(tài)接入、流量分擔(dān)、中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式和轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，以及發(fā)射功率。依此類推，達(dá)到的頻譜效率和能量效率平衡是動態(tài)的。
[0016]圖1所示的蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)有3個(gè)小區(qū)，各小區(qū)分別有1、2、3個(gè)中繼站。這3個(gè)小區(qū)的基站分別記為BSp BS2, BS3，各配置四根天線，它們的中繼站分別記為RS^ RS2il,RSp'RSipRSw'RSw，都只有一根天線。某個(gè)時(shí)刻每個(gè)小區(qū)都有4個(gè)單天線用戶，分別記為MSn；m(n = 1,2,3 ；m= I, 2，3，4)。各小區(qū)都只有下行數(shù)據(jù)傳送。基站BS1通過中繼站RS1, i向用戶MSm轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，基站BS2通過中繼站RSy和RS2，2分別向用戶MS2;1和MS2，2轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，基站BS3通過中繼站RS3;1、RS3，2和RS3，3分別向用戶MS3;1、MS3，2和MS3，3轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，其它用戶直接接收來自基站的數(shù)據(jù)?；綛Sn到中繼站RSn」_ (j = I或2或3)的信道系數(shù)記為hn，」，到用戶MSn，m(m Φ j)的信道系數(shù)記為hn，m ;中繼站RSn，」到用戶MSn’j的信道系數(shù)記為gn，j。中繼站的轉(zhuǎn)發(fā)方式都是半雙工的，采用放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議。各小區(qū)的數(shù)據(jù)傳送共享同一頻帶。
[0017]控制器通過拓?fù)淇刂泼媸占疪S1,!、RS2j!、RS2j 2、RS3j!、RS3； 2、RS3,3 和 MSn，m 的位置 ^S1、BS2、BS3和RS1, 1、RS2jl, RS2j2, RS3；1>RS3；2> RS3j3的接入量；面向用戶MSn，m的業(yè)務(wù)級別、信道系數(shù)hn」_、hn，m、gn,j等信息，并反饋給控制器的數(shù)據(jù)傳送面。數(shù)據(jù)傳送面計(jì)算用戶MSn，m的接收信干比、數(shù)據(jù)傳輸速率和BSp BS2、BS3、RSljl, RS2j1, RS2j2, RS3，p RS3,2、RS3j3的功率消耗之和，進(jìn)而得到蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率Hse(數(shù)據(jù)傳輸速率之和除以帶寬)和能量效率Hee(數(shù)據(jù)傳輸速率之和除以功率消耗之和)。然后在基站和中繼站的最大功率約束Pb，max_、干擾功率約束Ith和蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率約束Hse > Γ下最大化蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的能量效率nEE，計(jì)算得到基站和中繼站的發(fā)射功率Pb、已并反饋給控制器的拓?fù)淇刂泼?。?dāng)用戶移動、業(yè)務(wù)到達(dá)變化時(shí)，控制器的拓?fù)淇刂泼婀芾碛脩舻膭討B(tài)接入、流量分擔(dān)、中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式和轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，并調(diào)節(jié)發(fā)射功率，重新達(dá)到頻譜效率和能量效率平衡。
【權(quán)利要求】
1.一種蜂窩網(wǎng)基站和中繼站頻譜共享及功率分配方法，所述方法包括: 將蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂坪蛿?shù)據(jù)傳送分開處理，用虛擬的控制器協(xié)調(diào)用戶接入和功率控制； 控制器通過拓?fù)淇刂泼媸占餍^(qū)信息，并反饋給控制器的數(shù)據(jù)傳送面； 數(shù)據(jù)傳送面計(jì)算接收信干比、數(shù)據(jù)傳輸速率和總功率消耗，得到蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率值和能量效率值； 在節(jié)點(diǎn)的最大功率約束、干擾功率約束和蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率約束下最大化蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的能量效率，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率并反饋給控制器的拓?fù)淇刂泼妫? 控制器的拓?fù)淇刂泼婀芾碛脩舻慕尤?、流量分?dān)、中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式和轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，并調(diào)節(jié)發(fā)射功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括:當(dāng)用戶和業(yè)務(wù)狀況發(fā)生變化時(shí)，控制器通過拓?fù)淇刂泼嬖俅问占畔⒉⒎答伣o數(shù)據(jù)傳送面，數(shù)據(jù)傳送面重新計(jì)算節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率并反饋給拓?fù)淇刂泼?，拓?fù)淇刂泼鎿?jù)此調(diào)整用戶的動態(tài)接入、流量分擔(dān)、中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式和轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，以及發(fā)射功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，所述用戶接入是綜合考慮基站和中繼站的流量負(fù)荷、業(yè)務(wù)優(yōu)先級、全/半雙工限制、干擾功率約束，不依據(jù)某種準(zhǔn)則動態(tài)的接入用戶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，所述將蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂坪蛿?shù)據(jù)傳送分開處理，是基于OpenFlow協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制面和數(shù)據(jù)面分開處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，所述控制器通過拓?fù)淇刂泼媸占餍^(qū)信息，是指收集各小區(qū)中繼站和用戶位置、基站和中繼站的接入量、業(yè)務(wù)級別、中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式和轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議、信道系數(shù)等信息。
【文檔編號】H04W28/16GK104284373SQ201410508205
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】陳宏濱, 劉筱明, 譚松高, 趙峰 申請人:桂林電子科技大學(xué)