一種正交頻分和空分混合的mimo-ofdm系統(tǒng)dtx功率優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種正交頻分和空分混合的MM0-0FDM系統(tǒng)DTX功率優(yōu)化方法，屬于 通信技術(shù)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展以及移動(dòng)終端數(shù)量的增加，用戶對(duì)于高速數(shù)據(jù)傳輸 的要求越來(lái)越大，隨之而來(lái)的是能源消耗不斷地增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，信息與通信產(chǎn)業(yè)的每年的能 源消耗所產(chǎn)生的C02已經(jīng)占據(jù)全球C02排放總量的2%。同時(shí)，移動(dòng)通信業(yè)務(wù)能量消耗的增 加也給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)壓力。因此，優(yōu)化通信系統(tǒng)的能量消耗變得十分迫切。
[0003] 在通信系統(tǒng)中，MIMO(Multiple_InputMultiple-Output)和OFDM(Orthogonal FrequencyDivisionMultiplexing)作為L(zhǎng)TE中的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在過(guò)去一段時(shí)間內(nèi)一直 受到很大的關(guān)注。MIM0技術(shù)可以在不需要增加帶寬或總發(fā)送功率耗損的情況下大幅地增加 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量（throughput)及發(fā)送距離。MM0的核心概念為利用多根發(fā)射天線與多 根接收天線所提供之空間自由度來(lái)有效提升無(wú)線通信系統(tǒng)之頻譜效率，以提升傳輸速率并 改善通信質(zhì)量。0FDM(0rthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)即正交頻分復(fù)用 技術(shù)，實(shí)際上OFDM是MCM(MultiCarrierModulation)，多載波調(diào)制的一種。OFDM主要思想 是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每 個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開(kāi)，這樣可以減少子 信道之間的相互干擾（ISI)。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信 道上可以看成平坦性衰落，從而可以消除碼間串?dāng)_，而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原 信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。
[0004] 現(xiàn)有的MM0-0FDM系統(tǒng)中的功率優(yōu)化方案大都是通過(guò)在單個(gè)時(shí)隙上分配子載波 和功率實(shí)現(xiàn)的。分配子載波和功率是指按照某個(gè)算法將子載波分配給各個(gè)用戶使用，之后 給每個(gè)子載波分配發(fā)射功率。在這些優(yōu)化方案中MM0技術(shù)的作用大多是通過(guò)空間復(fù)用來(lái) 提升系統(tǒng)吞吐量。雖然有些方案在MM0中使用了預(yù)編碼實(shí)現(xiàn)了空分多址，進(jìn)一步挖掘了 系統(tǒng)的空間資源，從而將資源分配的維度從頻率擴(kuò)展到了頻率和空間維度上，增加了資源 分配的靈活性，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的功率消耗。但這些資源優(yōu)化方案都沒(méi)有考慮時(shí)間維度 上的資源分配。DTX(DiscontinuousTransmission)技術(shù)是在沒(méi)有用戶信號(hào)需要傳輸時(shí)停 止發(fā)射無(wú)線信號(hào)，可以在時(shí)間維度上優(yōu)化系統(tǒng)功率，但DTX技術(shù)在大多數(shù)方案中的應(yīng)用都 比較簡(jiǎn)單，即只有在小區(qū)為空的時(shí)候基站才會(huì)進(jìn)入睡眠模式。并且據(jù)我們所知，DTX技術(shù)和 MIM0空分多址技術(shù)從未同時(shí)應(yīng)用到MIM0-0FDM系統(tǒng)的功率優(yōu)化中去。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種正交頻分和空分 混合的MM0-0FDM系統(tǒng)DTX功率優(yōu)化方法，在傳統(tǒng)的3G-LTEMM0-0FDM系統(tǒng)中增加空分多 址，實(shí)現(xiàn)正交頻分和空分混合多址，并且在時(shí)間維度上使用了DTX技術(shù)。
[0006] 本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題：
[0007] -種正交頻分和空分混合的MMO-OFDM系統(tǒng)DTX功率優(yōu)化方法，所述方法包括如 下步驟：
[0008] 步驟1、定義使用DTX技術(shù)后MMO-OFDM系統(tǒng)中基站在激活和睡眠模式下的功率消 耗模型；
[0009] 步驟2、計(jì)算系統(tǒng)中單個(gè)子載波支持的傳輸速率和子載波最大復(fù)用數(shù)目；以及定 義基站的一個(gè)OFDM幀為若干個(gè)激活和睡眠時(shí)隙的組合，并獲得用戶在一個(gè)OFDM幀上支持 的傳輸比特?cái)?shù)目；
[0010] 步驟3、結(jié)合用戶在一個(gè)OFDM幀上支持的傳輸比特?cái)?shù)目獲得基站的功率消耗模 型，并估計(jì)所述功率消耗模型中激活時(shí)隙數(shù)目與基站消耗功率的關(guān)系，確定激活時(shí)隙數(shù)目 和激活時(shí)隙數(shù)目上的速率要求；
[0011] 步驟4、判斷一個(gè)OFDM幀中當(dāng)前時(shí)隙是否為激活時(shí)隙；在當(dāng)前時(shí)隙為激活時(shí)隙時(shí)， 基站根據(jù)步驟3所確定的激活時(shí)隙數(shù)目上的速率要求為用戶分配子載波和基站功率，包括 第一步初始化各個(gè)子載波上的用戶集合，第二步迭代改變各個(gè)子載波上的用戶集合獲得基 站最小功率消耗；在當(dāng)前時(shí)隙為睡眠時(shí)隙時(shí)，不傳輸數(shù)據(jù)；
[0012] 步驟5、判斷定義的一個(gè)OFDM幀是否結(jié)束；若未結(jié)束，則重復(fù)上述步驟4 ;若結(jié)束， 則進(jìn)入下一個(gè)OFDM幀時(shí)返回上述步驟1。
[0013] 進(jìn)一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述步驟2在激活時(shí)隙下獲得用戶 在一個(gè)OFDM幀上支持的傳輸比特?cái)?shù)目由下式計(jì)算：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種正交頻分和空分混合的MMO-OFDM系統(tǒng)DTX功率優(yōu)化方法，其特征在于，所述方 法包括如下步驟： 步驟1、定義使用DTX技術(shù)后MMO-OFDM系統(tǒng)中基站在激活和睡眠模式下的功率消耗模 型； 步驟2、計(jì)算系統(tǒng)中單個(gè)子載波支持的傳輸速率和子載波最大復(fù)用數(shù)目；以及定義基 站的一個(gè)OFDM幀為若干個(gè)激活和睡眠時(shí)隙的組合，并獲得用戶在一個(gè)OFDM幀上支持的傳 輸比特?cái)?shù)目； 步驟3、結(jié)合用戶在一個(gè)OFDM幀上支持的傳輸比特?cái)?shù)目獲得基站的功率消耗模型，并 估計(jì)所述功率消耗模型中激活時(shí)隙數(shù)目與基站消耗功率的關(guān)系，確定激活時(shí)隙數(shù)目和激活 時(shí)隙數(shù)目上的速率要求； 步驟4、判斷一個(gè)OFDM幀中當(dāng)前時(shí)隙是否為激活時(shí)隙；在當(dāng)前時(shí)隙為激活時(shí)隙時(shí)，基站 根據(jù)步驟3所確定的激活時(shí)隙數(shù)目上的速率要求為用戶分配子載波和基站功率，包括第一 步初始化各個(gè)子載波上的用戶集合，第二步迭代改變各個(gè)子載波上的用戶集合獲得基站最 小功率消耗；在當(dāng)前時(shí)隙為睡眠時(shí)隙時(shí)，不傳輸數(shù)據(jù)； 步驟5、判斷定義的一個(gè)OFDM幀是否結(jié)束；若未結(jié)束，則重復(fù)上述步驟4 ;若結(jié)束，則進(jìn) 入下一個(gè)OFDM幀時(shí)返回上述步驟1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述正交頻分和空分混合的MMO-OFDM系統(tǒng)DTX功率優(yōu)化方法，其 特征在于：所述步驟2在激活時(shí)隙下獲得用戶在一個(gè)OFDM幀上支持的傳輸比特?cái)?shù)目由下式 計(jì)#-
其中K為系統(tǒng)用戶數(shù)目；M為子載波數(shù)目；ω是子載波帶寬，τ是時(shí)隙長(zhǎng)度；TArtive是 激活時(shí)隙數(shù)；Km是子載波上的最大復(fù)用用戶數(shù)目；s 是t時(shí)刻用戶k在子載波m上的等 效傳輸矩陣的第1條子信道上的功率增益；是在應(yīng)子信道上分配的功 率；11]5，111，1;是:戌：, )《,，的秩；凡是子載波上的噪聲功率；〇15，1]1，1;等于0或1，等于0時(shí)表不在1：時(shí) 刻用戶k占用子載波m，等于0時(shí)表示不占用；NT是發(fā)射天線數(shù)目，N κ是接收天線數(shù)目。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述正交頻分和空分混合的MMO-OFDM系統(tǒng)DTX功率優(yōu)化方法，其 特征在于，所述方法步驟3結(jié)合用戶在一個(gè)OFDM幀上支持的傳輸比特?cái)?shù)目獲得基站的功率 消耗模型為：
其中Tiktive是激活時(shí)隙數(shù)，T 31_是睡眠時(shí)隙數(shù)，T是總時(shí)隙數(shù)，T sleep+TAetive= T ;B k是用 戶k在每個(gè)OFDM幀時(shí)間內(nèi)需要傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)；Pt是t時(shí)刻的發(fā)射功率；考慮傳輸誤碼率為 BER和物理層調(diào)制編碼方式為MQAM和格雷碼聯(lián)合時(shí)Γ =-In (5BER)/1.5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述正交頻分和空分混合的MMO-OFDM系統(tǒng)DTX功率優(yōu)化方法，其 特征在于，所述步驟4中初始化各個(gè)子載波上的用戶集合具體如下： 用原傳輸矩陣Htm代替等效傳輸矩陣氧.", ; 將M個(gè)子載波分配給每個(gè)用戶；在每個(gè)子載波上進(jìn)行用戶選擇，即找出Km個(gè)用戶，所述 Km個(gè)用戶占用該子載波，而其他用戶不占用并且其它子載波上面的用戶復(fù)用集合不變，使 基站功率增加最少； 在M個(gè)子載波上各進(jìn)行一次上述用戶選擇過(guò)程，得到各個(gè)子載波上的初始化用戶集 合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述正交頻分和空分混合的MMO-OFDM系統(tǒng)DTX功率優(yōu)化方法，其 特征在于，所述步驟4中迭代改變各個(gè)子載波上的用戶集合獲得最小功率消耗，具體如下： 根據(jù)所得到的各個(gè)子載波上面的初始化用戶集合，計(jì)算出等效傳輸矩陣； 獲得各個(gè)子載波復(fù)用用戶集合有# = 種可能； 從所述# = Σ?： cI種可能中選取一種可能的復(fù)用用戶集合，使得其它子載波上的用戶 復(fù)用集合不變的情況下，M個(gè)子載波的分配方案使基站消耗功率最小； 在M個(gè)子載波上分別進(jìn)行一次上述選取操作，獲得最小基站功率消耗。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種正交頻分和空分混合的MIMO-OFDM系統(tǒng)DTX功率優(yōu)化方法，所述方法包括如下步驟：定義MIMO-OFDM系統(tǒng)中基站在激活和睡眠模式下的功率消耗模型；計(jì)算系統(tǒng)中單個(gè)子載波支持的傳輸速率和子載波最大復(fù)用數(shù)目；以及定義基站的一個(gè)OFDM幀為若干個(gè)激活和睡眠時(shí)隙的組合，并在激活時(shí)隙下獲得用戶在一個(gè)OFDM幀上支持的傳輸比特?cái)?shù)目；確定激活時(shí)隙數(shù)目和激活時(shí)隙數(shù)目上的速率要求，完成單個(gè)激活時(shí)隙上的資源分配。本發(fā)明不僅在MIMO中使用了空分多址，實(shí)現(xiàn)了正交頻分和空分混合多址，而且結(jié)合了DTX技術(shù)，將資源分配的維度擴(kuò)展到了時(shí)間上，通過(guò)控制基站在激活模式和睡眠模式兩個(gè)模式之間的切換來(lái)降低基站功率，這有利于降低基站功率消耗，節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本。
【IPC分類】H04W52-02, H04L1-06, H04L27-26
【公開(kāi)號(hào)】CN104684055
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510076444
【發(fā)明人】潘甦, 張勝, 李騁, 楊天
【申請(qǐng)人】南京郵電大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月12日