[發明專利]一種分布式天線系統中能量效率和頻譜效率權衡優化的方法

有效

• 申請號: 201710597863.5
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN107302766B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 王吉平;鄧世燕;陳宏濱
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: H04W16/14;H04W36/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 王儉

本發明公開了一種分布式天線系統中能量效率和頻譜效率權衡優化的方法，通過在已知用戶數目和位置情況下進行遠程接入單元（Remote Access Unit，簡稱RAU）選擇后，初步優化系統能量效率和頻譜效率；接下來引入柯布?道格拉斯產生函數，同時考慮能量效率和頻譜效率，應用拉格朗日對偶理論和庫恩塔克條件求出近似解，最后應用次梯度迭代算法，在每一次的迭代中更新拉格朗日乘子和每個RAU的發射功率近似值，直到發射功率值和拉格朗日乘子收斂，此時的功率分配即為同時優化能量和頻譜效率的全局最優解的近似值。通過取不同的效用因子，本發明可以靈活地權衡能量和頻譜效率，達到同時優化能量效率和頻譜效率的效果。

技術領域

本發明屬于無線通信領域，尤其是能量效率和頻譜效率的權衡優化，具體涉及一種分布式天線系統中能量效率和頻譜效率權衡優化的方法。

背景技術

目前分布式天線系統，大尺度多輸入多輸出(Multiple input multiple output，簡稱 MIMO)、云無線接入網絡(CRANs)和異構網絡(Heterogeneous Network，簡稱HETS)被視為滿足5G蜂窩網絡要求的技術。與傳統的集中式天線系統(Centralized AntennaSystems，簡稱CAS)不同，分布式天線系統(Distributed Antenna System，簡稱DAS)中有一個或多個天線的遠程接入單元(Remote Access Unit，簡稱RAU)分布在小區的不同位置，每個RAU 通過光纖與中心處理單元(CENTER PROCESSING UNIT，簡稱CPU)相連，因此它可以被視作一個宏觀的MIMO系統，可以減少接入距離、發射功率和同道干擾，提高鏈路可靠性，并且通過有效合并接收信號，增強信號質量，提高用戶的信噪比，克服了傳統MIMO系統中傳輸信號經歷相同信道衰落的缺點，可以顯著的提高系統容量和擴大覆蓋，同時極大地提高了小區邊緣用戶的容量性能。

目前許多研究都從能量效率或頻譜效率單方面著手，提出各種優化方法以達到能量效率或頻譜效率的優化,沒有將二者結合起來考慮。此種做法存在以下問題：

1)部分研究僅考慮能量效率單方面的優化問題，主要研究了如何更好的進行功率分配，忽略了RAU選擇；部分研究很好的將二者結合起來，進一步優化系統的能量效率但沒有優化到頻譜效率，在日益追求高數據傳輸速率的趨勢下，頻譜效率和能量效率同樣重要；

2)部分研究同時考慮到能量效率和頻譜效率的優化，但功率模型考慮不夠完善，忽略了回程功耗，也沒有進行有效的RAU選擇，在實際場景中當用戶極少時仍然打開所有的RAU將會造成功率浪費，降低系統的能量效率。

發明內容

本發明主要是針對上述情況，引入一種新的能量效率和頻譜效率權衡方法，提出基于低復雜度的距離的RAU選擇算法和一種權衡優化功率分配算法以最大化小區效用，具有能夠根據運營商對能效和頻效的偏好靈活進行資源分配，同時優化系統的能量效率和頻譜效率的優點。

為實現以上發明目的，本發明采用的技術方案為：

一種分布式天線系統中能量效率和頻譜效率權衡優化的方法，包括如下步驟：

步驟一，建立系統模型、確定優化目標：

建立分布式天線系統模型，RAU均勻分布在小區內，用戶隨機分布，發送和接收端均為單天線，用戶間通過正交頻分多址(Orthogonal Frequency Division MultipleAccess，簡稱OFDMA)技術消除干擾，計算系統信噪比，頻譜效率和能量效率，引入柯布-道格拉斯產生函數從同時考慮能量效率和頻譜效率的角度確立優化目標，稱之為小區效用，記為U(p)；

步驟二，基于距離的RAU選擇：