一種移動通信中電網(wǎng)與認知基站間能源分配方法
【專利摘要】一種移動通信中電網(wǎng)與認知基站間能源分配方法，它將能量供需比作為智能電網(wǎng)中的供能主體與基站之間互動的主要參量，以最大凈收益為目標(biāo)，建立基站下行鏈路OFDM系統(tǒng)的認知基站子信道和功率優(yōu)化分配模型，通過對認知基站子信道和功率優(yōu)化分配模型進行分步求解得到通信基站資源的分配方案，使基站發(fā)射的信息量與所消耗的能量之差最大，并保證電能供需的瞬間平衡，維護電網(wǎng)的穩(wěn)定。本發(fā)明在認知基站子信道和功率優(yōu)化分配模型中引入了能量供需比，在使智能電網(wǎng)提供的電力資源得到合理配置和高效利用的同時，還可保證電能供需的瞬間平衡，維護電網(wǎng)的穩(wěn)定。
【專利說明】一種移動通信中電網(wǎng)與認知基站間能源分配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種根據(jù)能量供需比的高低來調(diào)整通信基站的耗能量，實現(xiàn)通信基站 (電力用戶）的最大化能效比的方法，屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能移動終端的普及，各種高速數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)快速增長，通信行業(yè)的能量消 耗也以驚人的速度上升。據(jù)報道，包括蜂窩網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的整個信息通信行業(yè)的能耗占到了全 球二氧化碳排放量的2%。移動運營商的能耗在信息通信行業(yè)中居于最高，且移動網(wǎng)絡(luò)的能 耗增長速度遠遠超過整個行業(yè)平均水平。據(jù)統(tǒng)計，無線基站（Base Station，BS)能耗已經(jīng) 占到移動通信的近60%。無線基站的巨大能耗也產(chǎn)生了大量電費支出，在成熟的歐洲市場， 移動運營商大約18%的運營支出用于電費；在發(fā)展中國家印度則至少占到32%，而僅中國聯(lián) 通2012年電費支出就近百億元。因此，對基站側(cè)的節(jié)能和能量有效性的研究顯得格外有意 義。
[0003] 智能電網(wǎng)中既包含傳統(tǒng)能源，又包含易波動的新能源，能源構(gòu)成的多樣化容易導(dǎo) 致能量的供應(yīng)出現(xiàn)波動和起伏。此外，社會總的耗能量也在不斷變化，如何在已有的需求側(cè) 響應(yīng)機制下保證電能供需的瞬間平衡，維護電網(wǎng)的穩(wěn)定，同時使電力資源得到合理配置和 高效利用也成為電網(wǎng)迫切需要解決的問題。
[0004] 目如已有不少文獻提出蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站節(jié)能和提1?能量有效性的方法，如有的文獻 在主蜂窩與家庭基站同時具有認知能力的異構(gòu)認知網(wǎng)絡(luò)中，基于博弈論研究頻譜共享與功 率分配的能量效率問題。有的文獻對0FDMA網(wǎng)絡(luò)下行鏈路中的導(dǎo)頻信號與數(shù)據(jù)之間的功率 進行分配以最大化能量效率。有的文獻對代價有效的綠色蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的蜂窩半徑縮放進行 研究。有的文獻對基于0FDM的認知網(wǎng)絡(luò)進行能量有效的子信道和功率分配。有的文獻建立 下行ΜΜ0系統(tǒng)能效模型，設(shè)計一個完成下行ΜΜ0系統(tǒng)最優(yōu)能效的自適應(yīng)功率分配算法。 有的文獻對存在多小區(qū)干擾和越區(qū)切換情況下蜂窩網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)頻譜效率和能量效率函數(shù) 進行研究。但是，上述研究僅僅考慮了基站本身的能耗問題且未涉及能量捕獲維度，由于移 動通信基站能耗量巨大，這種單一從基站本身入手來降低能耗的方法逐漸顯得力不從心。
[0005] 目前僅有少量文獻對智能電網(wǎng)供電下的無線通信網(wǎng)絡(luò)的能效問題進行了研究。有 的文獻提到電網(wǎng)與BS (基站）可以合作節(jié)能，將BS作為電力用戶或電器，BS可以與其它BS 以及電力系統(tǒng)合作來管理能量的消耗，將BS納入智能電網(wǎng)可以極大地提升功率效率，而不 影響QoS (服務(wù)質(zhì)量）和容量；有的文獻研究基站由常規(guī)電網(wǎng)和綠色能源共同供電時，通過 最大化綠色能源的利用以節(jié)約常規(guī)電網(wǎng)能源，綠色能源的生產(chǎn)和信息流量的時空多樣性決 定綠色能源的最優(yōu)利用情況，但是僅考慮的是中時間尺度的蜂窩服務(wù)半徑縮放措施；有的 文獻研究存在多個電力零售商供電下的基站，通過基站和電力零售商的雙向選擇博弈，實 現(xiàn)基站最優(yōu)能效和電力零售商利益的最大化；有的文獻對包含可再生能源和常規(guī)能源供電 下的基站能效進行了研究，其方法分為基于分數(shù)規(guī)劃的離線資源分配和基于隨機動態(tài)規(guī)劃 的在線資源分配。但上述文獻所提方法沒有考慮電網(wǎng)的能量供需比，不能有效調(diào)節(jié)電網(wǎng)電 能量的波動，因此不能起到穩(wěn)定電網(wǎng)的作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種移動通信中電網(wǎng)與認知基站間 能源分配方法，使基站發(fā)射的信息量與所消耗的能量之比最大，并保證電能供需的瞬間平 衡，維護電網(wǎng)的穩(wěn)定。
[0007] 本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的： 一種移動通信中電網(wǎng)與認知基站間能源分配方法，所述方法將能量供需比作為智能 電網(wǎng)中的供能主體與基站之間互動的主要參量，以最大凈收益為目標(biāo)，建立基站下行鏈路 0FDM系統(tǒng)的認知基站子信道和功率優(yōu)化分配模型，通過對認知基站子信道和功率優(yōu)化分配 模型進行分步求解得到通信基站資源的分配方案，使基站發(fā)射的信息量與所消耗的能量之 差最大，并保證電能供需的瞬間平衡，維護電網(wǎng)的穩(wěn)定。
[0008] 上述移動通信中電網(wǎng)與認知基站間能源分配方法，所述方法包括以下步驟： a. 智能電網(wǎng)中的供電主體與通信基站耗能主體相連，智能電網(wǎng)在給基站供應(yīng)電力的 同時與基站保持通信聯(lián)絡(luò)，傳遞的數(shù)據(jù)包括供電主體的供電總?cè)萘亢透骱哪苤黧w的消耗能 量； b. 通信基站根據(jù)上述信息計算相應(yīng)的能量供需比

【權(quán)利要求】
1. 一種移動通信中電網(wǎng)與認知基站間能源分配方法，其特征是，所述方法將能量供需 比作為智能電網(wǎng)中的供能主體與基站之間互動的主要參量，以最大凈收益為目標(biāo)，建立基 站下行鏈路OFDM系統(tǒng)的認知基站子信道和功率優(yōu)化分配模型，通過對認知基站子信道和 功率優(yōu)化分配模型進行分步求解得到通信基站資源的分配方案，使基站發(fā)射的信息量與所 消耗的能量之差最大，并保證電能供需的瞬間平衡，維護電網(wǎng)的穩(wěn)定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動通信中電網(wǎng)與認知基站間能源分配方法，其特征 是，所述方法包括以下步驟：
a. 智能電網(wǎng)中的供電主體與通信基站耗能主體相連，智能電網(wǎng)在給基站供應(yīng)電力的 同時與基站保持通信聯(lián)絡(luò)，傳遞的數(shù)據(jù)包括供電主體的供電總?cè)萘亢透骱哪苤黧w的消耗能 量； b. 通信基站根據(jù)上述信息計算相應(yīng)的能量供需
其=
表示電力用戶認知基站在時隙t消耗的總功率
I示供電區(qū)域預(yù)定的總功 率(即供電主體的供電總?cè)萘浚? C.以最大化能效比為目標(biāo)，對基站下行鏈路OFDM系統(tǒng)建立認知基站子信道和功率優(yōu) 化分配模型：
其4
為認知基站的傳輸功率限制，
勺第m個主用戶的干擾容忍門限，B為 認知網(wǎng)絡(luò)可共享的主用戶授權(quán)頻段被分成的N個OFDM子信道的帶寬，
；示子信 道η是否被第k個認知用戶占用，其值等于1或0
為能量供需刺激因子，
為認知基 站產(chǎn)生的修正能效判據(jù)，

I示能耗與信息比特之間的統(tǒng)一因子，單位為bit/s/ W，
為表示基站在第η個子信道上為第k個認知用戶分配的功率，If為基站在第η個 子信道上對第m個PU造成的干擾：
勺第k個認知用戶具有最低的速率需求,11#為 代表在第η個子信道上第k個認知用戶的傳輸速率，
為表示附加的高斯白噪聲的功率 譜密度,Ijg為表示PU信號對第k個SU造成的干擾,hkj為表示在第η個子信道上從CBS 發(fā)射機到第k個SU接收機的信道增益； d.對認知基站子信道和功率優(yōu)化分配模型進行分步求解，得到通信基站資源的分配方 案。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種移動通信中電網(wǎng)與認知基站間能源分配方法，其特征 是，所述認知基站子信道和功率優(yōu)化分配模型的求解步驟如下： ① 基于認知用戶的不同QoS (服務(wù)質(zhì)量）需求進行子信道分配，具體步驟如下： 第一步，定義子信道分配因弓

其中：
為第k個認知用戶的最低的速率需求； 第二步，如果
F等于〇,則給第k個認知用戶分配一個子信道，同時使
;否則，轉(zhuǎn)向為第k+Ι個認知用戶分配子信道，依次為所有認知用戶分配子信道； 第三步，如果子信道數(shù)量仍有剩余，繼續(xù)轉(zhuǎn)向第二步，為
不等于〇的認知用戶分配 子信道；如果子信道數(shù)量用完，則子信道分配結(jié)束； ② 基于阻尼牛頓法（BDNM)的內(nèi)點法進行最優(yōu)功率分配。
【文檔編號】H04W52/34GK104301985SQ201410480998
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】李保罡, 萬彩虹 申請人:華北電力大學(xué)（保定）