面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法，區(qū)別于傳統(tǒng)基站規(guī)劃中蜂窩小區(qū)規(guī)則無交疊覆蓋，協(xié)作通信的基站覆蓋范圍將產(chǎn)生不同程度的交疊。針對該場景，本發(fā)明以基站最小總功耗和最小數(shù)量為目標，建立基站站址與數(shù)量選擇的優(yōu)化模型；結合網(wǎng)格自適應直接搜索算法與連續(xù)消除法，給出所建模型的數(shù)值求解辦法。數(shù)值結果表明：所提模型可在保證鏈路質量的前提下有效降低基站的總功耗和數(shù)量，驗證了算法的有效性和協(xié)作通信的內在優(yōu)勢。相關結論可為協(xié)作通信網(wǎng)絡的基站規(guī)劃問題提供參考。
【專利說明】面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動通信技術，具體地說，是一種面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法。

【背景技術】
[0002] 隨著移動互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的快速推廣與應用，無線數(shù)據(jù)流量將長期保持強勁增長 態(tài)勢。為承載快速增長的各項數(shù)據(jù)業(yè)務，協(xié)作通信作為一種空間分集技術被廣泛研究，由接 入網(wǎng)多個基站共同為同一用戶提供服務，將鄰區(qū)干擾由被動抑制轉為主動利用，可提供新 的系統(tǒng)容量與頻譜資源利用率增益，是未來移動通信發(fā)展的關鍵技術之一。
[0003] 前端基站是協(xié)作通信無線接入網(wǎng)的承載單元，一般多個基站協(xié)同服務同一用戶， 這使得基站覆蓋范圍呈現(xiàn)出不同程度的交疊，其覆蓋形式明顯區(qū)別于傳統(tǒng)蜂窩小區(qū)規(guī)則無 交疊覆蓋，研究該場景下基站規(guī)劃部署將直接決定協(xié)作通信系統(tǒng)的整體性能。目前關于基 站規(guī)劃部署問題的研究多考慮無交疊覆蓋場景，基本建模思路為：根據(jù)用戶空間分布與無 線信道傳播模型，以端到端鏈路質量為約束，建立以最大網(wǎng)絡覆蓋率、最少基站數(shù)量或者最 小發(fā)射功率為目標函數(shù)的最優(yōu)化模型優(yōu)化待建基站的位置與數(shù)量。這類模型多為多決策變 量、大搜索空間的多目標優(yōu)化問題，不適合用傳統(tǒng)數(shù)學優(yōu)化算法進行求解，而多采用智能算 法，如模擬退火算法、遺傳算法與免疫算法等，部分研究在給定候選站址集的情況下，采用 圖論的方法遴選出覆蓋指定區(qū)域且滿足用戶需求的最佳基站子集。
[0004] 如圖1所示，傳統(tǒng)基站規(guī)劃的默認布網(wǎng)方式為規(guī)則無交疊覆蓋的蜂窩狀小區(qū)，用 戶由其所屬小區(qū)基站服務，若用戶從當前位置移動至相鄰小區(qū)，將切換服務至相鄰小區(qū)基 站并重新建立通信鏈路。無論用戶地理位置變化，其僅能由一個基站提供服務，規(guī)劃基站建 設時無需考慮覆蓋范圍相互交疊的情況。而協(xié)作通信可在不同基站之間共享天線，將鄰區(qū) 干擾由被動抑制轉為主動利用以獲取新的系統(tǒng)容量與資源利用率增益。根據(jù)基站間不同協(xié) 作機制，用戶移動時始終由數(shù)個基站共同服務，因此基站覆蓋范圍必將出現(xiàn)不同程度重疊， 如圖2所示（其中每個用戶由三個基站協(xié)同服務）。當基站覆蓋范圍交疊時，信干噪比計算、 優(yōu)化模型的約束條件與用戶的小區(qū)選擇均與傳統(tǒng)基站規(guī)劃不同，需專門研究該場景的基站 規(guī)劃問題。


【發(fā)明內容】

[0005] 僅鑒于此，本發(fā)明提供一種面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法，以基站最小總功耗和 最少數(shù)量為目標，創(chuàng)新性的研究了該場景的基站站址和數(shù)量選擇問題，以期最大程度降低 系統(tǒng)能耗和建設成本，為協(xié)作通信網(wǎng)絡的基站規(guī)劃問題提供參考。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明所采用的具體技術方案如下：
[0007] -種面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法，其關鍵在于按照以下步驟進行：
[0008] 步驟1 :構建基站站址優(yōu)化模型，以基站最小總功耗為目標函數(shù)，模型輸出優(yōu)化后 基站地理位置，具體可以表述為：

【權利要求】
1. 一種面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法，其特征在于按照以下步驟進行： 步驟1 :構建基站站址優(yōu)化模型，以基站最小總功耗為目標函數(shù)，模型輸出優(yōu)化后基站 地理位置，具體可以表述為：
其中： (1) 式表示模型目標函數(shù)，即基站發(fā)射功率之和最小，Nb表示基站數(shù)量，Pi表示基站i 的總發(fā)射功率； (2) 式表示鏈路質量約束，用戶k的下行鏈路信干噪比SINRk滿足最低信干噪比要求 SINRth, Nu表示用戶數(shù)量； (3) 式中giik為基站i到用戶k的路徑損耗，Diik為基站i到用戶k的歐幾里得距離； L。為路徑損耗系數(shù)，a e [2, 5]，不同的取值模擬不同的場景； (4) 式表示基站i和j分配給用戶k的發(fā)射功率與它們到該用戶的路徑損耗成反比，其 中Θ是比例系數(shù)； (5) 式表示用戶k選擇與其距離最近的S個基站為服務基站，并且對服務基站賦以標識 bm，k，其中 m = 1，…，S ; (6) 式表示基站最大發(fā)射功率約束，其中Mi表示被基站i服務的用戶數(shù)量，Pmax為基站 最大發(fā)射功率； 當每個用戶由S個基站共同服務時，用戶k下行鏈路信干噪比SINRk可表示為：
(7) 式中的δ 2為熱噪聲功率； (8) 式表示用戶k的接收功率，乃_表示服務用戶k的第bm，k號基站分配給該用戶的發(fā) 射功率； (9) 式表示小區(qū)間干擾，其中Pi可以表示為：
(10) 步驟2 :將公式（2)中的不等式約束轉換為等式約束，可以表示為：
步驟3 :以（BXi, BYi)與（UXk，UYk)分別表示基站i和用戶k的坐標， 利用概率分布得到所有用戶坐標，同時將所有初始基站坐標聯(lián)立為向量
利用網(wǎng)格自適應直接搜索法求解最優(yōu)模型， 直到搜索步長Λ小于閾值Ath時，得到最優(yōu)的基站站址坐標； 步驟4 :利用基站數(shù)量優(yōu)化算法優(yōu)化基站數(shù)量，具體為： 定義集合ξ，Ψ，其中ξ表示可消除基站站址集合，Ψ表示不可消除基站站址集合， 計算任意兩候選基站P，q之間距離Dp^若Dm小于距離閾值Dth，則在候選基站p，q地理位 置連線之間選擇一新候選站址，若該新站址仍滿足用戶下行鏈路信干噪比要求，則候選基 站P, q屬于集合ξ，新站址成為候選站址，否則候選基站P, q屬于集合Ψ ;若Dp，q大于距離 閾值Dth,則候選基站p，q屬于集合Ψ，遍歷所有候選站址，若集合ξ中元素不再增加則遍 歷完畢，即當前候選站址集已無法進一步消除，所得集合V為最小基站站址集合。
2. 根據(jù)權利要求1所述的面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟3中 利用均勻分布或高斯分布得到所有用戶坐標。
3. 根據(jù)權利要求1所述的面向協(xié)作通信的基站規(guī)劃方法，其特征在于：所述網(wǎng)格自適 應直接搜索法中構建的基向量個數(shù)為4Nb，且設有擴張系數(shù)ef和收縮系數(shù)Cf。
【文檔編號】H04W16/18GK104394535SQ201410734452
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權日:2014年12月5日
【發(fā)明者】簡鑫, 楊俊逸, 曾孝平, 黃杰, 楊凡, 杜得榮, 賀淵, 李夢如, 李靜 申請人:重慶大學