能量高效的雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下行協(xié)作傳輸方法
【專利摘要】能量高效的雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下行協(xié)作傳輸方法，涉及通信【技術(shù)領(lǐng)域】。它是為了解決現(xiàn)有的下行協(xié)作傳輸能量效率低的問題。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％；當(dāng)用戶所在的位置被多種蜂窩小區(qū)重疊覆蓋，且網(wǎng)絡(luò)存在小區(qū)間干擾時(shí)，旨在降低干擾、增強(qiáng)信號(hào)質(zhì)量的下行協(xié)作傳輸策略都可使用本方法來降低計(jì)算復(fù)雜度，進(jìn)而降低網(wǎng)絡(luò)相關(guān)能耗。本發(fā)明適用于通信【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說明】能量高效的雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下行協(xié)作傳輸方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及通信【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]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if相差較大，小區(qū)間干擾管理變得尤其復(fù)雜。
[0003]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。
[0004]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】

[0005]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。
[0006]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:
[0007]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；
[0008]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)換為帶狀對角陣的形式；
[0009]步驟一二、在功率分配過程中，通過對宏基站天線的發(fā)射功率及相對應(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；
[0010]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。
[0011]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%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]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；
[0013]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】
[0014]【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:
[0015]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；
[0016]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)換為帶狀對角陣的形式；
[0017]步驟一二、在功率分配過程中，通過對宏基站天線的發(fā)射功率及相對應(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；
[0018]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。
[0019]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式對【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Π，由網(wǎng)絡(luò)的吞吐量C與網(wǎng)絡(luò)的總功耗Ptot得到；其中，Ptot既包括傳統(tǒng)的基站發(fā)射功率Pt與電路功率P。，還包括協(xié)作傳輸復(fù)雜度的基帶處理功率Pb ;
[0020]

【權(quán)利要求】
1.能量高效的雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下行協(xié)作傳輸方法，其特征在于: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)換為帶狀對角陣的形式； 步驟一二、在功率分配過程中，通過對宏基站天線的發(fā)射功率及相對應(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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1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，其特征在于: 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Ptot得到；其中，Ptot既包括傳統(tǒng)的基站發(fā)射功率Pt與電路功率P。，還包括協(xié)作傳輸復(fù)雜度的基帶處理功率Pb ；n^c/ptot = c/(pc+pt+ph).其中，Pt=P^+N-P^，N為參與協(xié)作傳輸?shù)奈⒎涓C基站天線數(shù)，Zf1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。
3.根據(jù)權(quán)利要求 1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，其特征在于: 步驟一一中，將毫微微蜂窩用戶與其他建筑物的毫微微蜂窩基站之間的信道增益置零；將宏蜂窩中的用戶與相距較遠(yuǎn)的毫微微蜂窩基站之間的信道增益置零，僅保留K1個(gè)附近的毫微微蜂窩基站；將宏蜂窩基站與距離較遠(yuǎn)的毫微微蜂窩的用戶之間的信道增益置零，僅保留距離宏蜂窩基站較近的K2個(gè)微蜂窩^與K2的值由毫微微蜂窩的部署密度以及用戶與毫微微蜂窩的地理分布特性所決定，信道矩陣異變成了帶狀的對角陣，其非零元素減少。
4.根據(jù)權(quán)利要求1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，其特征在于: 步驟一二中，將宏蜂窩基站天線發(fā)射功率變?yōu)榕c毫微微蜂窩基站天線發(fā)射功率相等，并將信道狀態(tài)矩陣應(yīng)中宏蜂窩基站到所有用戶的信道增益乘以系數(shù)，其中e = PTM/PTF，if為宏蜂窩基站天線的最大發(fā)射功率，為毫微微蜂窩基站天線的最大發(fā)射功率; 將逐天線功率分配變?yōu)榛谧⑺惴ǖ目偣β史峙?，得到每根天線的實(shí)際發(fā)射功率，對宏蜂窩基站天線為if，對第i個(gè)毫微微蜂窩基站天線為(O，其中i = 1，...，F(xiàn)，F(xiàn)為毫微微蜂窩的個(gè)數(shù)； 控制所有天線所實(shí)際分配的功率不會(huì)超過單根天線的最大發(fā)射功率限制，即/f且/f(/)4，i = 基于系數(shù)e確定分配給宏蜂窩基站天線的最終實(shí)際發(fā)射功t P 1，分配給毫微微蜂窩基站天線的最終實(shí)際發(fā)射功率Y (O，其中i = 1，...，F(xiàn)。
【文檔編號(hào)】H04W52/34GK104079333SQ201410289412
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】郭慶, 陳立明, 寧磊, 李德志, 姜開元, 王振永 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)