[發(fā)明專利]能量高效的雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下行協(xié)作傳輸方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410289412.1
• 申請(qǐng)日: 2014-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN104079333B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭慶;陳立明;寧磊;李德志;姜開元;王振永
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/06
• 分類號(hào): H04B7/06;H04W52/34
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

作為各運(yùn)營商積極推動(dòng)和部署的未來無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(Heterogeneous Network，HetNet)通過在宏基站覆蓋范圍內(nèi)部署低功率節(jié)點(diǎn)，如毫微微蜂窩，來提高頻譜利用率。目前應(yīng)用較為廣泛的是宏蜂窩/毫微微蜂窩雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。然而，由于毫微微蜂窩密集分布，且與宏蜂窩重疊覆蓋，系統(tǒng)的小區(qū)間干擾嚴(yán)重，限制了系統(tǒng)容量的增長；同時(shí)，由于毫微微蜂窩基站天線發(fā)射功率與宏蜂窩基站天線發(fā)射功率相差較大，小區(qū)間干擾管理變得尤其復(fù)雜。

協(xié)作傳輸策略通過在基站之間共享用戶的所有數(shù)據(jù)和信道信息，聯(lián)合處理傳輸數(shù)據(jù)，能夠有效減小干擾，大幅度提高網(wǎng)絡(luò)頻譜效率；同時(shí)，若定義能量效率為系統(tǒng)吞吐量與網(wǎng)絡(luò)總消耗功率的比值，代表網(wǎng)絡(luò)每單位能量所能傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)，則可知，由于協(xié)作傳輸通過減小小區(qū)間干擾，使天線不必以最大功率發(fā)射信號(hào)，可提高網(wǎng)絡(luò)的能量效率。因此，在雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，利用協(xié)作傳輸對(duì)小區(qū)間干擾進(jìn)行有效管理，是提高網(wǎng)絡(luò)能量效率，實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排”以及“綠色通信”的重要手段。

現(xiàn)有的下行協(xié)作傳輸策略，大多數(shù)通過預(yù)編碼實(shí)現(xiàn)。其目標(biāo)是在單根天線最大發(fā)射功率的限制下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)整體吞吐量的最大化。具體過程是，首先進(jìn)行信道狀態(tài)矩陣的求逆，隨后針對(duì)每根天線，在單天線最大發(fā)射功率限制下，為參與協(xié)作傳輸?shù)乃刑炀€逐個(gè)分配發(fā)射功率。這種旨在最大化網(wǎng)絡(luò)吞吐量的方法存在的問題是，其并沒有考慮預(yù)編碼的信道狀態(tài)矩陣求逆以及功率分配過程所帶來的計(jì)算復(fù)雜度，這種計(jì)算復(fù)雜度一方面會(huì)帶來處理時(shí)延，另一方面則會(huì)在基帶處理部分產(chǎn)生大量能耗，尤其是當(dāng)參與協(xié)作天線數(shù)目較多時(shí)，基帶處理的能耗將超過網(wǎng)絡(luò)其它部分的能耗，從而降低系統(tǒng)的能量效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的下行協(xié)作傳輸能量效率低的問題，從而提供了一種能量高效的雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下行協(xié)作傳輸方法。

能量高效的雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下行協(xié)作傳輸方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、將下行協(xié)作傳輸預(yù)編碼的計(jì)算復(fù)雜度分為信道狀態(tài)矩陣求逆以及功率分配兩個(gè)過程，網(wǎng)絡(luò)性能按照能量效率進(jìn)行衡量；

步驟一一、在信道狀態(tài)矩陣求逆過程中，基于雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中用戶與蜂窩基站的地理分布特性，減少信道狀態(tài)矩陣中非零元素的個(gè)數(shù)，將無規(guī)則矩陣轉(zhuǎn)換為帶狀對(duì)角陣的形式；

步驟一二、在功率分配過程中，通過對(duì)宏基站天線的發(fā)射功率及相對(duì)應(yīng)的信道增益進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將逐天線功率分配問題轉(zhuǎn)換為基于注水算法的總功率分配問題；

步驟二、預(yù)編碼完成，中心基站協(xié)調(diào)各個(gè)基站進(jìn)行信號(hào)傳輸。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明在使用時(shí)，在提高網(wǎng)絡(luò)頻譜效率的同時(shí)，對(duì)協(xié)作傳輸復(fù)雜度所帶來的能耗進(jìn)行控制，因此降低了網(wǎng)絡(luò)的總能耗，從整體上提高了網(wǎng)絡(luò)的能量效率，同比提高了15％。

附圖說明

圖1為能量高效的雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下行協(xié)作傳輸方法的流程圖；

圖2為雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)覆蓋模型示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的能量高效的雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下行協(xié)作傳輸方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、將下行協(xié)作傳輸預(yù)編碼的計(jì)算復(fù)雜度分為信道狀態(tài)矩陣求逆以及功率分配兩個(gè)過程，網(wǎng)絡(luò)性能按照能量效率進(jìn)行衡量；

步驟一一、在信道狀態(tài)矩陣求逆過程中，基于雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中用戶與蜂窩基站的地理分布特性，減少信道狀態(tài)矩陣中非零元素的個(gè)數(shù)，將無規(guī)則矩陣轉(zhuǎn)換為帶狀對(duì)角陣的形式；

步驟一二、在功率分配過程中，通過對(duì)宏基站天線的發(fā)射功率及相對(duì)應(yīng)的信道增益進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將逐天線功率分配問題轉(zhuǎn)換為基于注水算法的總功率分配問題；

步驟二、預(yù)編碼完成，中心基站協(xié)調(diào)各個(gè)基站進(jìn)行信號(hào)傳輸。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式對(duì)具體實(shí)施方式一所述的能量高效的雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下行協(xié)作傳輸方法作進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，步驟一中，網(wǎng)絡(luò)性能的衡量指標(biāo)為能量效率η，由網(wǎng)絡(luò)的吞吐量C與網(wǎng)絡(luò)的總功耗P_tot得到；其中，P_tot既包括傳統(tǒng)的基站發(fā)射功率P_t與電路功率P_c，還包括協(xié)作傳輸復(fù)雜度的基帶處理功率P_b；

其中，N為參與協(xié)作傳輸?shù)奈⒎涓C基站天線數(shù)，為宏蜂窩基站天線的發(fā)射功率，為毫微微蜂窩基站天線的發(fā)射功率。