[發(fā)明專利]一種無線通信系統(tǒng)頻譜效率和能量效率的優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210572131.8
• 申請(qǐng)日: 2012-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN103096335A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳宏濱;趙峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陳宏濱;桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W16/14
• 分類號(hào): H04W16/14;H04W16/22
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 劉梅芳

1.一種無線通信系統(tǒng)頻譜效率和能量效率的優(yōu)化方法，其特征是，包括：

對(duì)系統(tǒng)的小區(qū)內(nèi)干擾和小區(qū)間干擾進(jìn)行分析，確定中繼站數(shù)量、發(fā)射功率、放大增益、信道系數(shù)、干擾信號(hào)、接收信號(hào)的相互關(guān)系表達(dá)式，構(gòu)建能在保證系統(tǒng)頻譜效率的同時(shí)最大化系統(tǒng)能量效率的頻譜效率和能量效率平衡基本算法模型；

根據(jù)所述頻譜效率和能量效率平衡基本算法模型，進(jìn)行中繼站優(yōu)化部署，確定中繼站的數(shù)量和位置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線通信系統(tǒng)頻譜效率和能量效率的優(yōu)化方法，其特征是還包括：

根據(jù)業(yè)務(wù)流量進(jìn)行基站和中繼站聯(lián)合休眠調(diào)度，控制各個(gè)基站和中繼站的工作狀態(tài)和休眠狀態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無線通信系統(tǒng)頻譜效率和能量效率的優(yōu)化方法，其特征是還包括：

進(jìn)行基站和中繼站優(yōu)化頻譜共享，在頻譜共享的基礎(chǔ)上，控制基站的發(fā)射功率和中繼站的放大增益，保證系統(tǒng)頻譜效率同時(shí)最大化系統(tǒng)能量效率。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的一種無線通信系統(tǒng)頻譜效率和能量效率的優(yōu)化方法，其特征是，所述的中繼站數(shù)量、發(fā)射功率、放大增益、信道系數(shù)、干擾信號(hào)、接收信號(hào)的相互關(guān)系表達(dá)式包括：

與基站直接連接的用戶接收到的信號(hào)強(qiáng)度為

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中繼站接收到的信號(hào)強(qiáng)度為

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其中是第個(gè)小區(qū)基站的發(fā)射功率，第個(gè)小區(qū)有一個(gè)基站，個(gè)中繼站和個(gè)用戶（），是第個(gè)小區(qū)基站的發(fā)射信號(hào)，是第個(gè)小區(qū)內(nèi)從基站到第個(gè)用戶的信道系數(shù)，是第個(gè)小區(qū)內(nèi)從基站到第個(gè)用戶的信道系數(shù)，是第個(gè)小區(qū)內(nèi)從基站到第個(gè)中繼站的信道系數(shù)，和都是均值為零、方差為的加性高斯白噪聲；，對(duì)于所有的；

只考慮小區(qū)內(nèi)干擾時(shí)，未和基站直接連接的用戶接收到的信號(hào)表示為

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其中是第個(gè)中繼站的放大增益，是第個(gè)中繼站到和它連接的用戶的信道系數(shù)，是均值為零、方差為的加性高斯白噪聲，是第個(gè)小區(qū)相對(duì)于第個(gè)中繼站的總干擾信號(hào)，方差為；

同時(shí)考慮小區(qū)內(nèi)干擾和小區(qū)間干擾時(shí)，未和基站直接連接的用戶接收到的信號(hào)強(qiáng)度為

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其中是相鄰小區(qū)相對(duì)于第個(gè)小區(qū)內(nèi)第個(gè)中繼站所連接用戶的總干擾信號(hào)，方差為；

其中第個(gè)小區(qū)內(nèi)，和基站直接連接的用戶的接收信噪比按下式計(jì)算：

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第個(gè)小區(qū)內(nèi)，未和基站直接相連的用戶的接收信噪比按下式計(jì)算：

所述的頻譜效率和能量效率平衡基本算法模型為：

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其中是期望達(dá)到的系統(tǒng)頻譜效率值，為系統(tǒng)頻譜效率，為系統(tǒng)能量效率；?為系統(tǒng)的總吞吐量；

為系統(tǒng)的總功率消耗，其中是每次信號(hào)傳輸?shù)碾娐饭模?/p>

為系統(tǒng)占用的總帶寬，其中為第個(gè)小區(qū)使用的頻帶寬度；

??為第個(gè)小區(qū)的總吞吐量；

根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的一種無線通信系統(tǒng)頻譜效率和能量效率的優(yōu)化方法，其特征是，所述中繼站優(yōu)化布署包括：

(1)建立信道系數(shù)和中繼站位置關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；

(2)建立頻譜效率、能量效率和中繼站數(shù)量、位置之間的關(guān)系表達(dá)式為

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其中是第個(gè)小區(qū)內(nèi)基站和第個(gè)中繼站之間的距離，是第個(gè)小區(qū)內(nèi)第個(gè)中繼站和它所連接的用戶之間的距離；

(3)采用一次性布署或者貪婪部署的方式進(jìn)行中繼站位置部署；

所述一次性部署的方式包括：

采用窮舉搜索的方法或采用粒子群優(yōu)化算法，找到的優(yōu)化值；

所述采用粒子群優(yōu)化算法包括：

將所有中繼站的集合看做一個(gè)粒子，其位置向量表示為

，其中和分別是第個(gè)小區(qū)內(nèi)第個(gè)中繼站的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；

粒子群優(yōu)化的狀態(tài)更新過程如下：

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其中是二維的速度向量，表示第步迭代，和分別是自學(xué)習(xí)率和互學(xué)習(xí)率，是服從均勻分布的一個(gè)隨機(jī)數(shù)，是某步迭代后的最優(yōu)值，是迭代到目前為止的最優(yōu)值，的初始值要取小的正值；

逐步迭代直到不再增加，在迭代的過程中檢驗(yàn)參數(shù)值是否滿足的約束條件，當(dāng)不滿足時(shí)，對(duì)進(jìn)行修正；在允許的值范圍內(nèi)，對(duì)每個(gè)值都執(zhí)行一次粒子群優(yōu)化算法，然后比較得到全局最優(yōu)的中繼站數(shù)量和位置；

所述貪婪部署的方式包括：

從其中一個(gè)小區(qū)開始逐個(gè)加入中繼站，第一個(gè)中繼站部署時(shí)，根據(jù)所述頻譜效率和能量效率平衡基本算法模型，以及保證系統(tǒng)頻譜效率同時(shí)最大化系統(tǒng)能量效率的準(zhǔn)則，確定其與小區(qū)內(nèi)每一個(gè)用戶連接時(shí)的最優(yōu)位置，然后進(jìn)行比較，確定它應(yīng)該連接的用戶和位置，后續(xù)中繼站在前面已部署中繼站的基礎(chǔ)上，與剩余的各個(gè)用戶連接，按同樣的方式分別確定其應(yīng)該連接的用戶和位置，其他小區(qū)的中繼站的部署依此類推，依次完成各個(gè)小區(qū)的中繼站部署。