[發(fā)明專利]一種基于大規(guī)模天線陣列的無線功率云化的方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711097417.4
• 申請(qǐng)日: 2017-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN107959517B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳亮;蔡鳴;楊奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢郵電科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): H04B7/0413
• 分類號(hào): H04B7/0413;H04B7/0426;H04L29/08
• 代理公司: 武漢智權(quán)專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 張雯俐

本發(fā)明公開了一種基于大規(guī)模天線陣列的無線功率云化的方法及系統(tǒng)，涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：創(chuàng)設(shè)空閑能量因子并定義大規(guī)模天線陣列中天線的空閑能量因子的計(jì)算公式；大規(guī)模天線陣列中的天線將狀態(tài)信息上傳至云服務(wù)器；云服務(wù)器根據(jù)狀態(tài)信息計(jì)算出每個(gè)天線的空閑能量因子，并從中挑選出指定個(gè)數(shù)的天線加入到天線資源池中；云服務(wù)器按照基于空閑能量因子的調(diào)度算法，動(dòng)態(tài)地選取出可被占用天線；成為可被占用的天線在云服務(wù)器進(jìn)行登記，云服務(wù)器根據(jù)使用需要為登記后的天線分配功率資源，直至該天線使用完畢后釋放功率資源。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了無線網(wǎng)絡(luò)功率域的云化，有效解決了各種業(yè)務(wù)數(shù)量日益增長與網(wǎng)絡(luò)中不可再生資源匱乏之間的矛盾。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體來講是一種基于大規(guī)模天線陣列的無線功率云化的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

5G(第五代移動(dòng)通信技術(shù))將網(wǎng)絡(luò)信息的應(yīng)用范圍從目前的“人-網(wǎng)”通信拓展至“人-網(wǎng)-物”協(xié)同通信、超密集連接物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等更為廣泛的領(lǐng)域。未來5～10年，網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的長遠(yuǎn)發(fā)展方向是萬物互聯(lián)，連接數(shù)量從百億級(jí)發(fā)展到千億級(jí)。因此，面向低功耗、超大鏈接應(yīng)用的窄帶物聯(lián)網(wǎng)有望成為一種大范圍覆蓋的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

在5G時(shí)代，無線通信行業(yè)的資源可以有很多，大多可以通過其他方式進(jìn)行優(yōu)化、補(bǔ)充和完善。但是，不可再生的無線稀缺資源僅有時(shí)間(時(shí)域)、頻譜(頻域)和能源(功率域)，它們是通信行業(yè)的陽光、空氣和水。在4G網(wǎng)絡(luò)向5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的過程中，千差萬別的海量小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(比如：傳感器、穿戴設(shè)備、表類設(shè)備等)的需求與瀕臨匱乏的無線資源已形成異常嚴(yán)峻的矛盾，比如：6GHz頻段以下已經(jīng)很難找到300MHz以上的連續(xù)頻譜資源作為支持，流量熱點(diǎn)的峰值和均值隨時(shí)間、地域變化不可知，以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和射頻鏈路硬件的功耗越來越大，極易出現(xiàn)負(fù)載不均衡等問題。因此，“云化”無線網(wǎng)絡(luò)中的各種資源是解決這些問題的關(guān)鍵。

目前，大規(guī)模天線陣列(massive MIMO)增加了天線孔徑，通過相干合并可以降低上下行鏈路所需的發(fā)射功率，符合未來“綠色通信”的要求。業(yè)內(nèi)已經(jīng)證明基站發(fā)射功率與基站的天線數(shù)成反比，而當(dāng)信道狀態(tài)不理想時(shí)，則與天線數(shù)的平方根成反比。同時(shí)，信道反饋開銷僅與每個(gè)小區(qū)的用戶數(shù)相關(guān)，與基站天線數(shù)無關(guān)。因此在理論上，未來5G網(wǎng)絡(luò)中的大規(guī)模天線陣列的天線數(shù)目將會(huì)趨于無窮，因此規(guī)劃這些天線的資源池，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化選擇顯得尤為必要。根據(jù)資源的空閑狀態(tài)選擇其中幾根天線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)也應(yīng)該將一個(gè)區(qū)域內(nèi)的所有大規(guī)模天線陣列的基站設(shè)備進(jìn)行資源池化。目前，這種無線資源池化技術(shù)(包括天線、基站等)應(yīng)用廣泛。然而，資源池化技術(shù)資源選擇的算法并沒有考慮到設(shè)備能量和功率的要求，無法充分利用單個(gè)資源有限的功率負(fù)荷，最大化的平衡資源的系統(tǒng)容量和所需的能量效率。

因此，如何提出一種優(yōu)化的基于大規(guī)模天線陣列的無線功率云化方案，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種基于大規(guī)模天線陣列的無線功率云化的方法及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無線網(wǎng)絡(luò)功率域云化，能充分利用單個(gè)資源有限的功率負(fù)荷，有效解決了各種業(yè)務(wù)數(shù)量日益增長與網(wǎng)絡(luò)中不可再生資源匱乏之間的矛盾。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供一種基于大規(guī)模天線陣列的無線功率云化的方法，該方法包括以下步驟：

S1、創(chuàng)設(shè)一個(gè)空閑能量因子E_idle，用于表示在單位頻率中包含剩余功率的因素；并定義大規(guī)模天線陣列中每個(gè)天線的空閑能量因子的計(jì)算公式為：其中，P_i、P′_i分別表示天線資源池中第i個(gè)天線的最大有效發(fā)射功率和已分配的功率；SNR_i表示第i個(gè)天線的的信噪比；Spectrum_i表示第i個(gè)天線的所占用頻譜的帶寬；S為第i個(gè)天線的用戶數(shù)；

S2、大規(guī)模天線陣列中的每個(gè)天線將自己的狀態(tài)信息發(fā)送至基站控制器，基站控制器通過網(wǎng)關(guān)將狀態(tài)信息上傳至云服務(wù)器；