[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?zhí)枺?/td>: 201210572131.8
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103096335A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳宏濱;趙峰
• 申請（專利權(quán)）人: 陳宏濱;桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: 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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)，尤其是涉及一種無線通信系統(tǒng)頻譜效率和能量效率的優(yōu)化方法。?

背景技術(shù)

在蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，國內(nèi)外眾多學(xué)者取得了大量技術(shù)成果。例如，Le等比較了多跳蜂窩網(wǎng)絡(luò)不同架構(gòu)的優(yōu)缺點并且提出一種資源分配算法。Sydir等論述了在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中部署中繼的情形，以及由此帶來的經(jīng)濟效益和性能增益。Yu等研究了蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的用戶歸屬和負(fù)載均衡問題，提出了一種啟發(fā)式的實用算法。Viswanathan等提出蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)下行鏈路的集中式傳輸調(diào)度方案，并且分析了吞吐量。Oyman等提出蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)下行鏈路的機會式用戶調(diào)度方案和頻率復(fù)用技術(shù)，并且分析了頻譜效率。這些技術(shù)大多關(guān)注如何有效利用蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的頻率、時間、空間等資源，最大限度地提高系統(tǒng)性能。部分技術(shù)涉及到能量效率，但是沒有考慮頻譜效率和能量效率的平衡。?

無線通信系統(tǒng)的頻譜效率一直是國內(nèi)外通信學(xué)界的研究熱點，研究人員已經(jīng)提出很多種能夠提高頻譜效率的技術(shù)，比如MIMO、OFDMA、協(xié)作多點傳輸、中繼輔助傳輸、認(rèn)知無線電等。MIMO、OFDMA、協(xié)作多點傳輸、中繼輔助傳輸?shù)燃夹g(shù)在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用已經(jīng)得到廣泛研究，但是將認(rèn)知無線電和蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的技術(shù)成果還不多。無線通信系統(tǒng)的能量效率研究最突出體現(xiàn)在能量受限的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，人們已經(jīng)提出非常多節(jié)能的傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、算法和協(xié)議，例如分簇架構(gòu)、節(jié)點休眠調(diào)度算法、節(jié)能的路由協(xié)議。另外能量效率問題在蜂窩網(wǎng)、無線網(wǎng)狀網(wǎng)、無線局域網(wǎng)等其他無線通信系統(tǒng)中也有不少人研究。最近，無線通信系統(tǒng)能量效率方面的研究掀起了新一輪熱潮。無線通信系統(tǒng)的頻譜效率和能量效率的平衡問題最近有少數(shù)學(xué)者研究，但是相關(guān)的技術(shù)成果還很少。Xiong等深入探討了采用OFDMA多址方式的下行鏈路的頻譜效率和能量效率的平衡，在系統(tǒng)的吞吐量和用戶的傳輸速率約束下最大化系統(tǒng)的能量效率，并且提出一種子載波和功率分配算法來達(dá)到頻譜效率和能量效率的平衡。Onireti等針對理想的和實際的功率消耗模型，推導(dǎo)了上行鏈路協(xié)作多點傳輸?shù)哪芰啃屎皖l譜效率平衡的近似表達(dá)式，證明了協(xié)作多點傳輸比非協(xié)作傳輸更節(jié)能。Karray和Tran等分別分析了采用OFDMA多址方式的下行鏈路和使用分布式空時編碼的雙中繼協(xié)作通信的頻譜效率與能量效率。He等討論了下行多用戶分布式天線系統(tǒng)的頻譜效率和能量效率平衡。Heliot等得到了MIMO瑞利衰落信道的頻譜效率和能量效率平衡的更加精確的近似。從蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率和能量效率平衡來看，前期研究大多側(cè)重于頻譜效率的提升，忽略了為此消耗的能量以及相應(yīng)的能量效率下降，難以滿足節(jié)能減排以及通信運營商降低成本的要求。而能量效率方面的研究普遍追求能耗的降低，沒有討論頻譜效率和能量效率的平衡。最近極少數(shù)研究考慮到頻譜效率和能量效率的平衡，給出了平衡存在的條件并且提出了一些達(dá)到平衡的資源分配算法。但是，這些研究都沒有考慮在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中部署中繼站的情形，也沒有提出在蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中達(dá)到頻譜效率和能量效率平衡的算法。?

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種無線通信系統(tǒng)頻譜效率和能量效率的優(yōu)化方法，解決當(dāng)前無線通信系統(tǒng)側(cè)重于頻譜效率的提升而較少關(guān)注相應(yīng)的能量效率下降的缺點，平衡無線通信傳輸系統(tǒng)的頻譜效率和能量效率。?

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：?

一種無線通信系統(tǒng)頻譜效率和能量效率的優(yōu)化方法，包括：

對系統(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、接收信號的相互關(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)化布署，確定中繼站的數(shù)量和位置。?

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，控制各個基站和中繼站的工作狀態(tài)和休眠狀態(tài)。?

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)頻譜效率同時最大化系統(tǒng)能量效率。?

中繼站數(shù)量、發(fā)射功率、放大增益、信道系數(shù)、干擾信號、接收信號的相互關(guān)系表達(dá)式包括：?

與基站直接連接的用戶接收到的信號強度為

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中繼站接收到的信號強度為

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