一種能量高效的頻譜共享與基站休眠聯(lián)合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明通信領(lǐng)域，特別是指一種能量高效的頻譜共享與基站休眠聯(lián)合方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著用戶對傳輸數(shù)據(jù)率需求的增加，傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法為其提供無縫的覆 蓋以及飛速增長的吞吐量。雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，即宏小區(qū)和微小區(qū)共存，已經(jīng)成為解決上述問題 的潛在技術(shù)之一。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（HeterogeneousNetworks，HetNets)中，微小區(qū)由低功耗的 設(shè)備組成，可以幫助傳統(tǒng)的宏小區(qū)來增加網(wǎng)絡(luò)的容量，從而提高能量效率。
[0003] 盡管如此，能量損耗問題在未來的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)研宄中仍然是個重要的問題。如何利 用有限的無線頻譜來解決能量效率問題是未來異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)研宄的主要方向之一。在兩層異構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)中，為了提高頻譜效率，微基站和宏基站共享相同的頻譜資源，但是這會產(chǎn)生嚴(yán)重的層 間干擾，影響系統(tǒng)性能。鑒于此，部分頻譜共享（Partial-Spectrum-Reuse，PSR)成為學(xué)術(shù) 界的研宄熱點，即只允許微小區(qū)共享宏小區(qū)的部分頻譜資源，從而減少了宏小區(qū)和微小區(qū) 之間的干擾，同時在一定程度上提高了能量效率。
[0004] 此外，基站休眠（Base-Station-Sleep，BSS)策略也被證實為一種能提高系統(tǒng)能 量效率的有效方法，讓低業(yè)務(wù)量的基站進入睡眠狀態(tài)，只消耗很低的能量，在業(yè)務(wù)量增加時 再喚醒。
[0005] 但是，現(xiàn)有的PSR和BSS策略各自從一個方面來對雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無線資源進行優(yōu) 化，只考慮頻譜共享或是只考慮基站休眠，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的能量效率提高還不夠顯著，因此，需 要一種能夠從這個兩個維度同時對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行優(yōu)化的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有的頻譜共享或基站休眠策略都只能從一個方面來對雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 無線資源進行優(yōu)化的問題，本發(fā)明提供一種能量高效的頻譜共享與基站休眠聯(lián)合方法，該 方法結(jié)合部分頻譜復(fù)用和基站休眠兩種技術(shù)的優(yōu)勢，提出了在未來的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，既能減 小內(nèi)部干擾又能提高能量效率的聯(lián)合優(yōu)化方法，通過優(yōu)化PSR系數(shù)和基站的活躍概率比， 使得在給定的信干噪比閾值條件下，宏基站層和微基站層的覆蓋概率和能效最大化。
[0007] 本發(fā)明提供的一種能量高效的頻譜共享與基站休眠聯(lián)合方法，包括：
[0008] 確定使整個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)覆蓋概率最大的微基站層的最優(yōu)頻譜復(fù)用因子e以及 宏基站層與微基站層的最優(yōu)活躍概率比r;
[0009] 根據(jù)所述微基站層的最優(yōu)頻譜復(fù)用因子e以及宏基站層與微基站層的最優(yōu)活躍 概率比r，同時實行頻譜共享與基站休眠。
[0010] 其中，所述整個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)覆蓋概率取宏基站層覆蓋概率和微基站層覆蓋概率 二者中的最小值，且當(dāng)所述宏基站層覆蓋概率和微基站層覆蓋概率相等時，所述整個異構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)覆蓋概率最大。
[0011] 其中，所述微基站層的最優(yōu)頻譜復(fù)用因子0的確定方法為：在滿足 M〇g2(l+T)多w，e(0，1]和宏基站層覆蓋概率等于微基站層覆蓋概率的條件下，計算 使宏/微基站層覆蓋概率最大的微基站層的頻譜復(fù)用因子0的取值范圍，并將該取值范圍 的下限值作為所述微基站層的最優(yōu)頻譜復(fù)用因子0 ;其中，T為給定的SINR閾值，w為微基 站層的下行速率下限值。
[0012] 其中，當(dāng)忽略熱噪聲的影響時，所述宏基站層覆蓋概率pm(t)的計算方法為：
[0013]
[0014] 所述微基站層覆蓋概率Pm(T)的計算方法為：
[0015]
[0016]
[0017]
[0018] Am、AM分別為當(dāng)前異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中微基站、宏基站的密度；y為宏基站的發(fā)射功率的 倒數(shù)，c為宏基站發(fā)射功率和微基站發(fā)射功率的比值；T為給定的SINR閾值；a為預(yù)定路徑 衰落指數(shù)。
[0019] 其中，所述微基站層的最優(yōu)頻譜復(fù)用因子0確定后，根據(jù)以下公式計算宏基站層 與微基站層的最優(yōu)活躍概率比r:
[0020]
[0021] 其中，Am、AM分別為當(dāng)前異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中微基站、宏基站的密度；c為宏基站發(fā)射功率 和微基站發(fā)射功率的比值；T為給定的SINR閾值；a為預(yù)定路徑衰落指數(shù)。
[0022] 其中，所述根據(jù)所述微基站層的最優(yōu)頻譜復(fù)用因子0以及宏基站層與微基站層 的最優(yōu)活躍概率比r同時實行頻譜共享與基站休眠，具體包括步驟：
[0023] 確定滿足所述宏基站層與微基站層的最優(yōu)活躍概率比r的宏基站層活躍概率Pm 和微基站層活躍概率Pm;
[0024] 在當(dāng)前異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中使所述宏基站和微基站分別以（l_pM)和（l-pm)的概率進行休 目民，并且微基站僅復(fù)用宏基站頻譜的0部分。
[0025] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：
[0026] 上述方案中，通過采用使異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)覆蓋概率最大的微基站層的最優(yōu)頻譜復(fù)用 因子e以及宏基站層與微基站層的最優(yōu)活躍概率比r來實現(xiàn)頻譜共享與基站休眠的聯(lián)合 使用，該方案不僅能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋概率的最大化，在滿足覆蓋概率最大的同時，e和r 的取值同樣實現(xiàn)了系統(tǒng)能耗最小化的目的，因此這種聯(lián)合方法能夠相對于現(xiàn)有技術(shù)極大地 提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的能量效率。此外，這種方法在提高能量效率的同時還能夠?qū)崿F(xiàn)不影響系統(tǒng) 平均速率的有益效果。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明實施例提供的一種能量高效的頻譜共享與基站休眠聯(lián)合方法流程 圖；
[0028] 圖2為仿真得到的宏基站層和微基站層的覆蓋概率隨活躍率的變化趨勢圖；
[0029] 圖3為對于不同的微基站層的頻譜復(fù)用因子0宏小區(qū)層和微小區(qū)層的覆蓋概率 隨SINR閾值T的變化仿真圖；
[0030] 圖4為微基站層的最優(yōu)頻譜復(fù)用因子0對用戶平均速率的影響關(guān)系圖；
[0031] 圖5現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明所采用的方案的能量效率比較圖。
【具體實施方式】
[0032] 在說明本發(fā)明提供的技術(shù)方案之前，此處先對說明該方案涉及的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的下行 系統(tǒng)模型的一些必要參數(shù)進行定義及說明。
[0033] 在本發(fā)明中，我們考慮兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)包含高發(fā)射功率的宏基站層（即宏小區(qū)層） 和低發(fā)射功率的微基站層（即微小區(qū)層）。每層的基站分布服從均勻泊松點過程（Poisson PointProcess，PPP)，系數(shù)分別為 和入 m〇
[0034] 在本發(fā)明涉及的兩層異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中，信道為瑞利衰落信道，基站的發(fā)射功率恒 定，設(shè)宏基站的發(fā)射功率為1，而微基站的發(fā)射功率為宏基站的1，即1。因此，一個移 // C CjU 動用戶接收的來自宏基站和微基站接收功率分別為
、其中，H和 h分別表示宏基站和微基站的信道衰落系數(shù)，且H和h服從指數(shù)分布，即H~exp(y)，h~exp(ci〇 ;rM和分別表示移動用戶到宏基站和微基站的距離；a表示標(biāo)準(zhǔn)的路徑損耗指 數(shù)，本發(fā)明中假設(shè)a>2。在該異構(gòu)網(wǎng)路中，宏小區(qū)和微小區(qū)用戶的信干噪比（5181^14〇-Interference-and-NoiseRatio,SINR)可以表不為：
[0035]
[0036]
[0037] 其中，1_和I分別表示除目標(biāo)宏用戶所述的宏基站外，其他宏基站和微基站對目 標(biāo)宏基站用戶的干擾功率；ImM和分別表示除目標(biāo)微用戶所述的微基站外，其他微基站和 宏基站對目標(biāo)微基站用戶的干擾功率，即
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氏和ri分別代表用戶到第i個干擾宏基站和微基站的距離；G^口 gi分別表示第i個干擾宏基站和微基站的隨機衰落系數(shù)，且干擾信號同樣服從瑞利衰落，即GfexpOhgtexpf^cii) ;〇 2表示加性高斯白噪聲的協(xié)方差。
[0039] 在PPP模型中，隨機距離rM，的概率密度函數(shù)分別表示為：
[0042] 其中，pM，pm分別表示宏基站的活躍概率和微基站的活躍概率。從上述的表達式中， 可以知道任何時候只有部分的宏基站和微基站處于激活的狀態(tài)，而剩下的基站為了節(jié)省能
[0040]
[0041] 量而處于休眠狀態(tài)。定義一個參數(shù)
表示宏基站和微基站的活躍概率比，在PSR方法 中，0表示微基站可以使用頻譜的比例，即PSR系數(shù)。
[0043] 為方便說明，下表1中將下文所要使用的各參數(shù)表達符號進