面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法，區(qū)別于傳統(tǒng)基站規(guī)劃中蜂窩小區(qū)規(guī)則無(wú)交疊覆蓋，協(xié)作通信的基站覆蓋范圍將產(chǎn)生不同程度的交疊。針對(duì)該場(chǎng)景，本發(fā)明以基站最小總功耗和最小數(shù)量為目標(biāo)，建立基站站址與數(shù)量選擇的優(yōu)化模型；結(jié)合網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索算法與連續(xù)消除法，給出所建模型的數(shù)值求解辦法。數(shù)值結(jié)果表明：所提模型可在保證鏈路質(zhì)量的前提下有效降低基站的總功耗和數(shù)量，驗(yàn)證了算法的有效性和協(xié)作通信的內(nèi)在優(yōu)勢(shì)。相關(guān)結(jié)論可為協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)的基站規(guī)劃問(wèn)題提供參考。
【專利說(shuō)明】面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動(dòng)通信技術(shù)，具體地說(shuō)，是一種面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的快速推廣與應(yīng)用，無(wú)線數(shù)據(jù)流量將長(zhǎng)期保持強(qiáng)勁增長(zhǎng) 態(tài)勢(shì)。為承載快速增長(zhǎng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，協(xié)作通信作為一種空間分集技術(shù)被廣泛研究，由接 入網(wǎng)多個(gè)基站共同為同一用戶提供服務(wù)，將鄰區(qū)干擾由被動(dòng)抑制轉(zhuǎn)為主動(dòng)利用，可提供新 的系統(tǒng)容量與頻譜資源利用率增益，是未來(lái)移動(dòng)通信發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003] 前端基站是協(xié)作通信無(wú)線接入網(wǎng)的承載單元，一般多個(gè)基站協(xié)同服務(wù)同一用戶， 這使得基站覆蓋范圍呈現(xiàn)出不同程度的交疊，其覆蓋形式明顯區(qū)別于傳統(tǒng)蜂窩小區(qū)規(guī)則無(wú) 交疊覆蓋，研究該場(chǎng)景下基站規(guī)劃部署將直接決定協(xié)作通信系統(tǒng)的整體性能。目前關(guān)于基 站規(guī)劃部署問(wèn)題的研究多考慮無(wú)交疊覆蓋場(chǎng)景，基本建模思路為：根據(jù)用戶空間分布與無(wú) 線信道傳播模型，以端到端鏈路質(zhì)量為約束，建立以最大網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、最少基站數(shù)量或者最 小發(fā)射功率為目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)化模型優(yōu)化待建基站的位置與數(shù)量。這類模型多為多決策變 量、大搜索空間的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，不適合用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)優(yōu)化算法進(jìn)行求解，而多采用智能算 法，如模擬退火算法、遺傳算法與免疫算法等，部分研究在給定候選站址集的情況下，采用 圖論的方法遴選出覆蓋指定區(qū)域且滿足用戶需求的最佳基站子集。
[0004] 如圖1所示，傳統(tǒng)基站規(guī)劃的默認(rèn)布網(wǎng)方式為規(guī)則無(wú)交疊覆蓋的蜂窩狀小區(qū)，用 戶由其所屬小區(qū)基站服務(wù)，若用戶從當(dāng)前位置移動(dòng)至相鄰小區(qū)，將切換服務(wù)至相鄰小區(qū)基 站并重新建立通信鏈路。無(wú)論用戶地理位置變化，其僅能由一個(gè)基站提供服務(wù)，規(guī)劃基站建 設(shè)時(shí)無(wú)需考慮覆蓋范圍相互交疊的情況。而協(xié)作通信可在不同基站之間共享天線，將鄰區(qū) 干擾由被動(dòng)抑制轉(zhuǎn)為主動(dòng)利用以獲取新的系統(tǒng)容量與資源利用率增益。根據(jù)基站間不同協(xié) 作機(jī)制，用戶移動(dòng)時(shí)始終由數(shù)個(gè)基站共同服務(wù)，因此基站覆蓋范圍必將出現(xiàn)不同程度重疊， 如圖2所示（其中每個(gè)用戶由三個(gè)基站協(xié)同服務(wù)）。當(dāng)基站覆蓋范圍交疊時(shí)，信干噪比計(jì)算、 優(yōu)化模型的約束條件與用戶的小區(qū)選擇均與傳統(tǒng)基站規(guī)劃不同，需專門研究該場(chǎng)景的基站 規(guī)劃問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 僅鑒于此，本發(fā)明提供一種面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法，以基站最小總功耗和 最少數(shù)量為目標(biāo)，創(chuàng)新性的研究了該場(chǎng)景的基站站址和數(shù)量選擇問(wèn)題，以期最大程度降低 系統(tǒng)能耗和建設(shè)成本，為協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)的基站規(guī)劃問(wèn)題提供參考。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：
[0007] -種面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法，其關(guān)鍵在于按照以下步驟進(jìn)行：
[0008] 步驟1 :構(gòu)建基站站址優(yōu)化模型，以基站最小總功耗為目標(biāo)函數(shù)，模型輸出優(yōu)化后 基站地理位置，具體可以表述為：

【權(quán)利要求】
1. 一種面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行： 步驟1 :構(gòu)建基站站址優(yōu)化模型，以基站最小總功耗為目標(biāo)函數(shù)，模型輸出優(yōu)化后基站 地理位置，具體可以表述為：
其中： (1) 式表示模型目標(biāo)函數(shù)，即基站發(fā)射功率之和最小，Nb表示基站數(shù)量，Pi表示基站i 的總發(fā)射功率； (2) 式表示鏈路質(zhì)量約束，用戶k的下行鏈路信干噪比SINRk滿足最低信干噪比要求 SINRth, Nu表示用戶數(shù)量； (3) 式中g(shù)iik為基站i到用戶k的路徑損耗，Diik為基站i到用戶k的歐幾里得距離； L。為路徑損耗系數(shù)，a e [2, 5]，不同的取值模擬不同的場(chǎng)景； (4) 式表示基站i和j分配給用戶k的發(fā)射功率與它們到該用戶的路徑損耗成反比，其 中Θ是比例系數(shù)； (5) 式表示用戶k選擇與其距離最近的S個(gè)基站為服務(wù)基站，并且對(duì)服務(wù)基站賦以標(biāo)識(shí) bm，k，其中 m = 1，…，S ; (6) 式表示基站最大發(fā)射功率約束，其中Mi表示被基站i服務(wù)的用戶數(shù)量，Pmax為基站 最大發(fā)射功率； 當(dāng)每個(gè)用戶由S個(gè)基站共同服務(wù)時(shí)，用戶k下行鏈路信干噪比SINRk可表示為：
(7) 式中的δ 2為熱噪聲功率； (8) 式表示用戶k的接收功率，乃_表示服務(wù)用戶k的第bm，k號(hào)基站分配給該用戶的發(fā) 射功率； (9) 式表示小區(qū)間干擾，其中Pi可以表示為：
(10) 步驟2 :將公式（2)中的不等式約束轉(zhuǎn)換為等式約束，可以表示為：
步驟3 :以（BXi, BYi)與（UXk，UYk)分別表示基站i和用戶k的坐標(biāo)， 利用概率分布得到所有用戶坐標(biāo)，同時(shí)將所有初始基站坐標(biāo)聯(lián)立為向量
利用網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索法求解最優(yōu)模型， 直到搜索步長(zhǎng)Λ小于閾值A(chǔ)th時(shí)，得到最優(yōu)的基站站址坐標(biāo)； 步驟4 :利用基站數(shù)量?jī)?yōu)化算法優(yōu)化基站數(shù)量，具體為： 定義集合ξ，Ψ，其中ξ表示可消除基站站址集合，Ψ表示不可消除基站站址集合， 計(jì)算任意兩候選基站P，q之間距離Dp^若Dm小于距離閾值Dth，則在候選基站p，q地理位 置連線之間選擇一新候選站址，若該新站址仍滿足用戶下行鏈路信干噪比要求，則候選基 站P, q屬于集合ξ，新站址成為候選站址，否則候選基站P, q屬于集合Ψ ;若Dp，q大于距離 閾值Dth,則候選基站p，q屬于集合Ψ，遍歷所有候選站址，若集合ξ中元素不再增加則遍 歷完畢，即當(dāng)前候選站址集已無(wú)法進(jìn)一步消除，所得集合V為最小基站站址集合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟3中 利用均勻分布或高斯分布得到所有用戶坐標(biāo)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法，其特征在于：所述網(wǎng)格自適 應(yīng)直接搜索法中構(gòu)建的基向量個(gè)數(shù)為4Nb，且設(shè)有擴(kuò)張系數(shù)ef和收縮系數(shù)Cf。
【文檔編號(hào)】H04W16/18GK104394535SQ201410734452
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】簡(jiǎn)鑫, 楊俊逸, 曾孝平, 黃杰, 楊凡, 杜得榮, 賀淵, 李夢(mèng)如, 李靜 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)