一種干擾抑制和節(jié)能的蜂窩網(wǎng)中繼站部署方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種干擾抑制和節(jié)能的蜂窩網(wǎng)中繼站 部署方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展為人們的生活提供了便利，但是通信行業(yè)產(chǎn)生的巨大能耗也 不容忽視。信息與通信技術(shù)的能源消耗成為焦點(diǎn)問題。據(jù)相關(guān)研究表明，ICT的能耗大概占 據(jù)全球2%的二氧化碳排放量。特別是基站能耗占蜂窩網(wǎng)絡(luò)總能耗的60%~80%。傳統(tǒng)的蜂 窩網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足時下的用戶數(shù)和業(yè)務(wù)流量的需求。因此，為了降低蜂窩網(wǎng)絡(luò)能耗，W及 結(jié)合當(dāng)前蜂窩網(wǎng)絡(luò)超密集部署的方向，在無線通信系統(tǒng)中引入低功耗、低成本的中繼站是 有必要的。
[0003] 在ICT產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排的號召下，"綠色通信"的概念應(yīng)運(yùn)而生，它旨在降低通信系統(tǒng) 的總能耗，同時保證系統(tǒng)容量和移動用戶的服務(wù)質(zhì)量。在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)能量效率的提高 運(yùn)一新興趨勢推動了標(biāo)準(zhǔn)化主管部口和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商不斷探索未來節(jié)能技術(shù)，W提高網(wǎng)絡(luò)性 能。一些技術(shù)已經(jīng)被提出或者得到應(yīng)用，例如采用先進(jìn)的物理層技術(shù)，如MIM0、(FDM、認(rèn)知無 線電、網(wǎng)絡(luò)編碼及協(xié)作通信等;設(shè)計新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、分布式天線、多跳蜂窩等;應(yīng) 用無線電和網(wǎng)絡(luò)資源管理機(jī)制，如不同的跨層優(yōu)化算法、動態(tài)功率節(jié)約、多路無線電接入技 術(shù)協(xié)調(diào)等;基于所估計的流量負(fù)載，采用小區(qū)縮放技術(shù)、動態(tài)基站休眠 W達(dá)到節(jié)能目的。自 Van der Meulen提出無線中繼信道的理論W來，中繼站的部署得到了較大的關(guān)注和研究。 Guo等分析了中繼站的數(shù)量和位置對系統(tǒng)容量的影響，并證明了優(yōu)化部署可W提高室內(nèi)用 戶60%和室外用戶38%的容量。Chang和Lin提出了一種有效的基站和中繼站聯(lián)合部署方 案，使網(wǎng)絡(luò)吞吐量、部署預(yù)算和系統(tǒng)的整體覆蓋達(dá)到平衡權(quán)衡。此外，化ang等還提出了一種 新的基于集群的中繼站部署方案，同時考慮網(wǎng)絡(luò)吞吐量、部署預(yù)算W及系統(tǒng)的整體覆蓋的 平衡。Lu等提出了吞吐量最大化的中繼站部署問題，該問題被證明是NP-困難的，并提出了 一個貪婪的啟發(fā)式算法，為運(yùn)個問題提供次優(yōu)解。
[0004] 然而，前期的中繼站部署研究大多側(cè)重于吞吐量和覆蓋的提升，而忽略了能耗的 增加所導(dǎo)致的能量效率的下降問題，對于蜂窩網(wǎng)中繼站的部署情形，極少聯(lián)合考慮頻譜效 率、部署成本預(yù)算、基站和中繼站之間的干擾或者是中繼站之間的干擾對能量效率的影響。
[0005] 針對傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)的能耗大、基站設(shè)備成本高W及能量效率低的問題，中繼站的部 署大多考慮均勻?qū)ΨQ部署，然而在實際應(yīng)用場景中難W做到均勻?qū)ΨQ部署，由于頻譜非常 稀缺，為了提高系統(tǒng)頻譜效率，同一個小區(qū)內(nèi)的中繼站和基站或者是中繼站與中繼站間往 往使用同一頻帶，運(yùn)就會引起小區(qū)內(nèi)干擾，常規(guī)的功率控制等方法很難做到既提高頻譜效 率又有效地抑制中繼站間的干擾，更重要的是，在考慮干擾和部署成本的條件下，達(dá)不到頻 譜效率和能量效率的動態(tài)平衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種干擾抑制和節(jié)能的蜂窩網(wǎng)中繼站部署方 法，該方法能實現(xiàn)根據(jù)用戶的位置分布進(jìn)行中繼站的隨機(jī)部署，根據(jù)部署成本預(yù)算，有效抑 制了中繼站間的干擾的同時，達(dá)到頻譜效率和能量效率的動態(tài)平衡，在部署成本預(yù)算、中繼 站之間的同頻干擾W及頻譜效率的條件下，最大化能量效率，確定選擇的固定中繼站位置 和數(shù)量，降低蜂窩網(wǎng)的能耗、降低基站設(shè)備成本W(wǎng)及提高能量效率。
[0007] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下：
[000引一種干擾抑制和節(jié)能的蜂窩網(wǎng)中繼站部署方法，包括如下步驟：
[0009] 1)初始化所有候選中繼站的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，即{(巧,，巧為W，其 中n是候選中繼站的個數(shù)；
[0010] 2)計算確定與每個初始候選中繼站相連的用戶；
[0011] 3)計算某次迭代屬于第k個槽的相應(yīng)用戶坐標(biāo)；
[0012] 4)對步驟3)中第k個槽內(nèi)的所有用戶坐標(biāo)進(jìn)行求和，然后求平均值；
[0013] 5)根據(jù)所得到的候選中繼站的位置坐標(biāo)和數(shù)量，再結(jié)合預(yù)定義的干擾口限距離值 山，建立候選中繼站間的干擾圖，當(dāng)兩個中繼站間的距離小于山，則認(rèn)為運(yùn)兩個中繼站間存 在干擾，當(dāng)兩個中繼站間的距離大于山，則認(rèn)為運(yùn)兩個中繼站間不存在干擾。
[0014] 6)建立最大化能量效率的基本模型；
[0015] 7)采用貪婪部署的方式選擇中繼站的位置和數(shù)量；
[0016] 通過W上步驟，結(jié)合頻譜效率、候選中繼站間的同頻干擾W及部署成本，在最大化 能量效率的模型下，可獲得Nr個中繼站部署條件下的頻譜效率和能量效率，從運(yùn)Nr個中繼站 部署條件下的頻譜效率和能量效率中，選擇滿足nsE含T的同時最大化能量效率的部署方式， 最后可獲得在部署預(yù)算、頻譜效率W及干擾口限距離的限制條件下最大化能量效率W確定 所選擇的中繼站位置和數(shù)量，實現(xiàn)抑制干擾和節(jié)能的蜂窩網(wǎng)中繼站部署。
[0017] 步驟1)中，初始中繼站的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別為：
[0020] 式中，A R是初始候選中繼站距離基站的距離，n是槽的個數(shù)，也是候選中繼站的個 數(shù)，可W根據(jù)實際情況來選取，k=l，2,…，n代表第k個槽，別和ye分別是基站的橫坐標(biāo)和縱 坐標(biāo)。
[0021] 步驟2)中，根據(jù)用戶是服從強(qiáng)度為A的泊松點(diǎn)過程W及原籍位置寄存器所存儲的 用戶信息，可W獲得一個觀察時間段內(nèi)用戶位置分布圖，利用K-means算法將用戶分配到n 個槽內(nèi)，即屬于某個槽內(nèi)的用戶距離該槽內(nèi)的候選中繼站是最近的。根據(jù)小區(qū)中分槽個數(shù) n，K-means函數(shù)表不為：
(3)
[0023]式中，Ck代表第k個槽，Xi是用戶i的坐標(biāo)，化是第k個初始候選中繼站的位置坐標(biāo)， 表示任意屬于第k個槽內(nèi)的用戶i的坐標(biāo)，如此一來可W獲得槽內(nèi)用戶到第k個初始候選 中繼站的最小距離，也就是找到相應(yīng)的與每個初始候選中繼站相連的所有用戶。
[0024] 步驟3)中，為了創(chuàng)建均勻分布的槽，必須計算每個候選中繼站與所有用戶的距離， 用戶根據(jù)與候選中繼站間的最小距離加入到相應(yīng)的槽，當(dāng)進(jìn)行第t次迭代時，如果用戶i距 離候選中繼站k最近，則用戶i就會加入第k個槽，屬于Ck的所有用戶坐標(biāo)計算方法為：
[0025] 伴i={y,:|《-巧r|叫《-幫'I (斗)：
[00%]式中，Cf代表第t次迭代時的第k個槽，Xi是用戶i的坐標(biāo)，嫂i是第t次迭代時的第k 個候選中繼站的位置坐標(biāo)，邸是第t次迭代時除了第k個候選中繼站外其余的候選中繼站 的位置坐標(biāo)。
[0027]步驟4)中，每個用戶只能加入一個槽，當(dāng)將用戶分配到相應(yīng)的槽內(nèi)后，接下來對某 次迭代屬于相應(yīng)槽內(nèi)的用戶坐標(biāo)進(jìn)行求和，然后求平均值，作為新的候選中繼站的坐標(biāo)，不 斷進(jìn)行迭代，求出每一次迭代所得到的候選中繼站的坐標(biāo)，直到候選中繼站的坐標(biāo)不再變 化或者坐標(biāo)之差小于一個精度值e，則迭代結(jié)束，即可得到最終的候選中繼站的位置坐標(biāo) (邱41，辟.
(5,>
[0029] 式中，t是迭代的次數(shù)，（邱為第t次迭代所得的候選中繼站位置坐標(biāo)，Xi是 用戶i的坐標(biāo)，SXi表示將屬于第k個槽內(nèi)的用戶坐標(biāo)進(jìn)行求和，|cr|是第t次迭代落入第k個 槽內(nèi)的用戶總數(shù)量，V《表示任意屬于第k個槽內(nèi)的用戶i的坐標(biāo)，Cf代表第t次迭代時的第 k個槽。迭代結(jié)束的條件為：
[0030] 邸沖-嘩<^ 旅)：
[0031] 式中，Rfi)-卻'> 是第t次迭代所得的候選中繼站位置坐標(biāo)與第t-1次迭代所得的候 選中繼站位置坐標(biāo)的差，e是精度值。
[0032] 由于某些用戶的位置是不斷變化的，選取多個觀察時間內(nèi)的用戶分布，按照W上 的方法