本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于非正交多址接入提高超密異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能量效率的方法。

背景技術(shù)：

5g將會(huì)滿足人們?cè)诰蛹?、工作、休閑和交通等各種場(chǎng)景的多樣化業(yè)務(wù)需求，具有連續(xù)廣域覆蓋、高容量、低時(shí)延、高可靠、低功耗、大連接等特點(diǎn)，其中系統(tǒng)容量在2020年每平方千米要提高1000倍，頻譜效率相比4g需要提升5到15倍，能量效率相比4g需要提升8到10倍。

超密異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的部署已經(jīng)成為目前通信系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，也為正在研究中的5g系統(tǒng)部署提供了參考。所謂的超密異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)就是同時(shí)包含宏蜂窩和小蜂窩(微蜂窩、微微蜂窩、家庭基站)的網(wǎng)絡(luò)，此外，小蜂窩的密度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于宏蜂窩的密度以分擔(dān)宏蜂窩的負(fù)載，提高系統(tǒng)容量。隨著異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的超密部署，隨之所需的頻帶和能量消耗也不容忽視。超密異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)帶來的能量消耗迅猛增加和能量資源短缺的矛盾一直未能得到很好的解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明需解決的技術(shù)問題是如何解決超密異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)帶來的能量消耗迅猛增加和能量資源短缺的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種基于非正交多址接入提高超密異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能量效率的方法，在一個(gè)資源單元上同時(shí)接入很多個(gè)用戶，在接收端利用串行干擾消除技術(shù)消除這些用戶間的干擾，從而提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)總吞吐量的分析最終得到系統(tǒng)的能量效率與用戶數(shù)的關(guān)系，包括如下步驟：

(1)在一個(gè)宏蜂窩中部署n個(gè)微蜂窩基站，宏基站的用戶數(shù)為m0，第k個(gè)微基站的用戶數(shù)為mk，k＝1,2,kn，宏基站的發(fā)射功率為pt1，所有微基站的發(fā)射功率相同為pt2，傳輸帶寬為w；

(2)當(dāng)宏基站接入m0個(gè)用戶時(shí)，在發(fā)送端即基站側(cè)讓用戶采用非正交多址接入，用戶i的數(shù)據(jù)速率為宏蜂窩層總的接收速率為讓用戶采用非正交多址接入技術(shù)，具體步驟如下：

1)在發(fā)送端，將所有用戶的信號(hào)在相同信道上進(jìn)行疊加，宏基站端的疊加信號(hào)可以表示為其中，pi表示宏基站為第i個(gè)用戶分配的功率，各用戶的功率根據(jù)用戶與宏基站之間的信道增益來分配，信道質(zhì)量好的用戶所分配的發(fā)射功率弱，信道質(zhì)量差的用戶所分配的發(fā)射功率強(qiáng)，si表示第i個(gè)用戶的信號(hào),這里假設(shè)則

2)在接收端第i個(gè)用戶所接收到的信號(hào)為yi＝hix+ni，其中hi為第i個(gè)用戶與宏基站之間的信道系數(shù)，hi＝gidi^-α，gi為信道系數(shù)，假設(shè)信道衰落為瑞利衰落，di為第i個(gè)用戶與宏基站之間的距離，α為路徑損耗因子，ni為第i個(gè)用戶與宏基站之間的信道噪聲，均值為0，方差為

3)對(duì)接收端的用戶信號(hào)進(jìn)行串行干擾消除，消除順序?yàn)樾诺涝鲆嫔仙捻樞?；根?jù)這個(gè)順序，任何用戶都可以解碼信道增益比它小的用戶的信號(hào)，解碼時(shí)將信道增益比它大的用戶的信號(hào)看作干擾，解碼后將信道增益小的用戶的信號(hào)從接收信號(hào)中消除；根據(jù)上面串行干擾消除的解碼順序，如果按信道增益i>j，用戶i可以成功解碼用戶j的信號(hào)，并把用戶j的信號(hào)從接收信號(hào)中消除；但如果按信道增益i<j，用戶i就不能移除用戶j的信號(hào)，而是把它看作干擾；因此，用戶i的信干噪比為其中ii為第i個(gè)用戶所受到的小區(qū)間干擾，在接收端可以看作噪聲；

(3)當(dāng)?shù)趉個(gè)微基站接入mk個(gè)用戶時(shí)，經(jīng)過上述非正交多址接入技術(shù)及串行干擾消除后，此微蜂窩總的接收速率為其中pk,i表示第k個(gè)微基站為它的第i個(gè)用戶所分配的功率，hk,i為第k個(gè)微基站的第i個(gè)用戶與此微基站之間的信道系數(shù)，ik,i為第k個(gè)微基站的第i個(gè)用戶所受到的小區(qū)間干擾，在接收端可以看作噪聲，為第k個(gè)微基站的第i個(gè)用戶與此微基站之間信道噪聲的方差；

(4)微蜂窩層總的接收速率為

(5)超密異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)總的吞吐量為

(6)定義系統(tǒng)的能量效率ηee為系統(tǒng)總的吞吐量與系統(tǒng)所消耗的總功率的比值；根據(jù)以上定義求得系統(tǒng)的能量效率為

其中pc1，pc2是信號(hào)處理和備用電池等消耗的功率，與基站的發(fā)射功率無關(guān)；

由上式可以看出，能量效率ηee與用戶數(shù)密切相關(guān)；進(jìn)一步地，可通過構(gòu)造一個(gè)優(yōu)化問題來提高網(wǎng)絡(luò)的能量效率：

其中r1min為宏蜂窩用戶的最小數(shù)據(jù)速率要求，r2min為微蜂窩用戶的最小數(shù)據(jù)速率要求。

采用本發(fā)明的技術(shù)方案可以很好地提高系統(tǒng)吞吐量和頻譜效率以及能量效率，而且還可以成倍地提升系統(tǒng)設(shè)備接入量。

附圖說明

圖1為超密異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型圖；

圖2為非正交多址接入技術(shù)結(jié)合串行干擾消除對(duì)用戶信號(hào)的處理流程圖；

圖3為本發(fā)明流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)構(gòu)附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明，但不是對(duì)本發(fā)明的限定。

(1)在一個(gè)宏蜂窩中部署n個(gè)微蜂窩基站，宏基站的用戶數(shù)為m0，第k個(gè)微基站的用戶數(shù)為mk，k＝1,2,kn，宏基站的發(fā)射功率為pt1，所有微基站的發(fā)射功率相同為pt2，傳輸帶寬為w，網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示；

(2)當(dāng)宏基站接入m0個(gè)用戶時(shí)，在發(fā)送端即基站側(cè)讓用戶采用非正交多址接入，用戶i的數(shù)據(jù)速率為宏蜂窩層總的接收速率為讓用戶采用非正交多址接入技術(shù)，具體步驟如下：

1)在發(fā)送端，將所有用戶的信號(hào)在相同信道上進(jìn)行疊加，如圖2所示，宏基站端的疊加信號(hào)可以表示為其中，pi表示宏基站為第i個(gè)用戶分配的功率，各用戶的功率根據(jù)用戶與宏基站之間的信道增益來分配，信道質(zhì)量好的用戶所分配的發(fā)射功率弱，信道質(zhì)量差的用戶所分配的發(fā)射功率強(qiáng)，si表示第i個(gè)用戶的信號(hào)，這里假設(shè)則

2)在接收端第i個(gè)用戶所接收到的信號(hào)為yi＝hix+ni。其中hi為第i個(gè)用戶與宏基站之間的信道系數(shù)，hi＝gidi^-α，gi為信道系數(shù)，假設(shè)信道衰落為瑞利衰落，di為第i個(gè)用戶與宏基站之間的距離，α為路徑損耗因子，ni為第i個(gè)用戶與宏基站之間的信道噪聲，均值為0，方差為

3)對(duì)接收端的用戶信號(hào)進(jìn)行串行干擾消除，如圖2所示，消除順序?yàn)樾诺涝鲆嫔仙捻樞?；根?jù)這個(gè)順序，任何用戶都可以解碼信道增益比它小的用戶的信號(hào)，解碼時(shí)將信道增益比它大的用戶的信號(hào)看作干擾，解碼后將信道增益小的用戶的信號(hào)從接收信號(hào)中消除。根據(jù)上面串行干擾消除的解碼順序，如果按信道增益i>j，用戶i可以成功解碼用戶j的信號(hào)，并把用戶j的信號(hào)從接收信號(hào)中消除；但如果按信道增益i<j，用戶i就不能移除用戶j的信號(hào)，而是把它看作干擾；因此，用戶i的信干噪比為其中ii為第i個(gè)用戶所受到的小區(qū)間干擾，在接收端可以看作噪聲。

(3)當(dāng)?shù)趉個(gè)微基站接入mk個(gè)用戶時(shí)，經(jīng)過上述非正交多址接入技術(shù)及串行干擾消除后，此微蜂窩總的接收速率為

(4)微蜂窩層總的接收速率為

其中pk,i表示第k個(gè)微基站為它的第i個(gè)用戶所分配的功率，hk,i為第k個(gè)微基站的第i個(gè)用戶與此微基站之間的信道系數(shù)，ik,i為第k個(gè)微基站的第i個(gè)用戶所受到的小區(qū)間干擾，在接收端可以看作噪聲，為第k個(gè)微基站的第i個(gè)用戶與此微基站之間信道噪聲的方差；

(5)超密異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)總的吞吐量為

(6)定義系統(tǒng)的能量效率ηee為系統(tǒng)的總吞吐量與系統(tǒng)所消耗的總功率的比值；根據(jù)以上定義求得系統(tǒng)的能量效率為

其中pc1，pc2是信號(hào)處理和備用電池等消耗的功率，與基站的發(fā)射功率無關(guān)；

由上式可以看出，能量效率與用戶數(shù)密切相關(guān)，可通過構(gòu)造一個(gè)優(yōu)化問題來提高網(wǎng)絡(luò)的能量效率：

其中r1min為宏蜂窩用戶的最小數(shù)據(jù)速率要求，r2min為微蜂窩用戶的最小數(shù)據(jù)速率要求。

圖3示出了本發(fā)明流程圖，本發(fā)明首先構(gòu)建了超密異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型，基于此模型在發(fā)送端對(duì)用戶采用了非正交多址接入技術(shù)，接收端對(duì)用戶進(jìn)行串行干擾消除，然后分析了此超密異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的能量效率，最后利用優(yōu)化理論構(gòu)建了優(yōu)化問題以最大化能量效率。

采用本發(fā)明的技術(shù)方案可以很好地提高系統(tǒng)吞吐量和頻譜效率以及能量效率，而且還可以成倍地提升系統(tǒng)設(shè)備接入量。

以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作出了詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下,對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行各種變化、修改、替換和變型仍落入在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。