專利名稱：兩階段協(xié)作多播方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于寬帶無(wú)線通信協(xié)議及無(wú)線資源管理領(lǐng)域，尤其涉及兩階段協(xié)作多播方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)多播是完全由基站主導(dǎo)的一對(duì)多傳輸方式，由于邊緣用戶距離基站距離太遠(yuǎn)，路徑損耗非常厲害，所以邊緣用戶信號(hào)質(zhì)量一般較差，為了保障邊緣用戶的服務(wù)質(zhì)量，在傳統(tǒng)多播中，基站需要以較大的功率來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)，這就造成了功率的浪費(fèi)。協(xié)作多播技術(shù)的提出為有效解決能耗問(wèn)題提供了一種可行的方案。其中兩階段協(xié)作多播因?yàn)槠浜?jiǎn)單，易 實(shí)用，得到了廣泛的研究。兩階段協(xié)作多播是將傳統(tǒng)的多播時(shí)隙劃分成兩個(gè)時(shí)隙，在第一個(gè)時(shí)隙，由基站向小區(qū)中的用戶進(jìn)行多播服務(wù)，保障部分信道條件較好的用戶的覆蓋和服務(wù)，在協(xié)作多播的第二個(gè)時(shí)隙，從成功的用戶中選擇用戶組成協(xié)作集合，然后為那些沒(méi)有成功的用戶提供服務(wù)，經(jīng)過(guò)兩階段協(xié)作之后，整體上保障小區(qū)中用戶的覆蓋率。與傳統(tǒng)多播相比，由于協(xié)作集合中用戶在協(xié)作多播的第二階段，充當(dāng)起了發(fā)送的角色，所以發(fā)送端與用戶的距離大大減小，從而大大減小了路徑損耗,具有極大的節(jié)能潛力。但現(xiàn)有的方案都是研究如何通過(guò)兩階段協(xié)作多播來(lái)提高系統(tǒng)吞吐量，參考文獻(xiàn)I中提出了兩階段協(xié)作多播，要求在多播的第一階段，基站功率設(shè)定需要保障50%的覆蓋率，之后由所有成功的用戶組成協(xié)作集合，來(lái)為那些未成功的用戶提供服務(wù)，從而保障小區(qū)中100%用戶覆蓋率。參考文獻(xiàn)2針對(duì)參考文獻(xiàn)I在用戶個(gè)數(shù)比較多的時(shí)候，總功率開(kāi)銷過(guò)大的問(wèn)題，提出了基于用戶的信道條件的三種不同的中繼優(yōu)化選擇算法，依次為用戶信道條件最好，信道條件最差和隨機(jī)選擇三種策略。參考文獻(xiàn)3給出了基于用戶的位置信息和信道信息的中繼選擇優(yōu)化算法，選擇距離用戶最近的中繼為其提供服務(wù)，該方案在用戶個(gè)數(shù)較多的時(shí)候，能耗開(kāi)銷依然很大。參考文獻(xiàn)4基于某個(gè)中繼周圍未成功用戶的分布情況來(lái)選擇中繼，在保障系統(tǒng)吞吐量不變的情況下，相對(duì)于上面提到的方法，其系統(tǒng)總能耗下降約10%。但是，在參考文獻(xiàn)1，2，3，4中，在小區(qū)中用戶個(gè)數(shù)很多的情況下，多播協(xié)作的第二階段中協(xié)作集合中的用戶個(gè)數(shù)過(guò)多，從而導(dǎo)致系統(tǒng)總能耗嚴(yán)重偏高。另外在參考文獻(xiàn)1，2，3，4中最終的目標(biāo)是要保障100%的覆蓋率，在實(shí)際系統(tǒng)中，這是完全不現(xiàn)實(shí)的。本文所引用的參考文獻(xiàn)列表如下參考文獻(xiàn)1:F. Hou, L. Cai, P. H. Ho, X. Shen and J. Zhang, "A cooperativemulticast scheduling scheme for multimedia services in IEEE802. 16networks, 〃IEEETransactions on Wireless Communications, vol. 8, no. 3, pp. 1508-1519,Mar.2009.參考文獻(xiàn)2:N.Guan，Y. Zhou, H. Liu, L. Tian and J. L. Shi，"An EnergyEfficient Cooperative Multicast Transmission Scheme with Power Control, 〃IEEEGL0BEC0M2011, pp. 1-5, Dec. 2011.
參考文獻(xiàn)3 :S. M. Elrabiei and M. H. Habaebi, "Energy efficient cooperativemulticasting for MBS WiMAX traffic, 〃20105th IEEE International Symposium onWireless Pervasive Computing (ISffPC), pp. 600-605, 5-7May2010.參考文獻(xiàn)4 :J. Lee, Y. M. Lim, K. Kim and S. G. Choi, "Energy EfficientCooperative Multicast Scheme Based on Selective Relay, 〃IEEE Communications Letters, vol. 16, no. 3, pp. 386-388，Mar. 2012.

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明重點(diǎn)考慮在用戶個(gè)數(shù)較多的場(chǎng)景下，以保障95%覆蓋率為目標(biāo)，提供一種節(jié)能的兩階段協(xié)作多播方法，以在高密度情況下有效地降低基站功耗和系統(tǒng)的總功耗。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一方面，本發(fā)明提供了一種兩階段協(xié)作多播中確定最優(yōu)基站發(fā)射功率和理想中繼部署方案的方法，所述方法包括步驟a)對(duì)于給定的小區(qū)半徑R和要達(dá)到的覆蓋率Cth，分別獲取在保障覆蓋率達(dá)到Cth的傳統(tǒng)多播情況下，基站要達(dá)到有效覆蓋半徑為R和0.1R所必須的發(fā)射功率Pmax和
P ..
1 mm，步驟b)對(duì)于給定的基站發(fā)射功率Pbs,。確定在小區(qū)半徑為R時(shí)要達(dá)到覆蓋率Cth所需的中繼部署方案，并計(jì)算采用該基站發(fā)射功率和所述中繼部署方案進(jìn)行兩階段協(xié)作多播的總功耗；其中，基站發(fā)射功率PBS，。的值從Pmin開(kāi)始，每次增加0. OldBm,直到PBS，。的值達(dá)到Pmax為止；步驟c)將最小總功耗所對(duì)應(yīng)的基站發(fā)射功率和其相應(yīng)的中繼部署方案作為最優(yōu)基站發(fā)射功率和理想中繼部署方案。上述方法中，所述步驟b)可包括步驟bl)對(duì)于給定的要達(dá)到的覆蓋率的閾值Cth，計(jì)算當(dāng)基站以功率Pbs，。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的有效覆蓋半徑PBS，C;步驟b2)將Rbs,。到R之間的區(qū)域劃分成了多個(gè)環(huán)狀區(qū)域，在每個(gè)環(huán)狀區(qū)域內(nèi)均勻地部署中繼，不同環(huán)內(nèi)的中繼對(duì)應(yīng)覆蓋相應(yīng)的扇區(qū)夾角為0 i的曲邊梯形區(qū)域，滿足
權(quán)利要求
1.一種兩階段協(xié)作多播中確定最優(yōu)基站發(fā)射功率和理想中繼部署方案的方法，所述方法包括步驟a)對(duì)于給定的小區(qū)半徑R和要達(dá)到的覆蓋率Cth，分別獲取在保障覆蓋率達(dá)到Cth 的傳統(tǒng)多播情況下，基站要達(dá)到有效覆蓋半徑為R和O.1R所必須的發(fā)射功率Pmax和Pmin ；步驟b)對(duì)于給定的基站發(fā)射功率Pbs,。確定在小區(qū)半徑為R時(shí)要達(dá)到覆蓋率Cth所需的中繼部署方案，并計(jì)算采用該基站發(fā)射功率和所述中繼部署方案進(jìn)行兩階段協(xié)作多播的總功耗；其中，基站發(fā)射功率PBS，。的值從Pmin開(kāi)始，每次增加O. OldBm,直到PBS，。的值達(dá)到Pmax 為止；步驟c)將最小總功耗所對(duì)應(yīng)的基站發(fā)射功率和其相應(yīng)的中繼部署方案作為最優(yōu)基站發(fā)射功率和理想中繼部署方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟b)包括步驟bl)對(duì)于給定的要達(dá)到的覆蓋率的閾值Cth，計(jì)算當(dāng)基站以功率PBS，C發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的有效覆蓋半徑Rbs，c ;步驟b2)將Rbs,。到R之間的區(qū)域劃分成了多個(gè)環(huán)狀區(qū)域，在每個(gè)環(huán)狀區(qū)域內(nèi)均勻地部署中繼，不同環(huán)內(nèi)的中繼對(duì)應(yīng)覆蓋相應(yīng)的扇區(qū)夾角為Θ i的曲邊梯形區(qū)域，滿足sin^/2) ..............t 、并且，對(duì)于所有的環(huán)，要求滿足
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述步驟b3)中對(duì)于給定的基站發(fā)射功率Pbs,。，所述中繼部署方案為完成覆蓋小區(qū)且達(dá)到覆蓋率Cth完成覆蓋所需的環(huán)數(shù)為M ；h在第i個(gè)環(huán)形內(nèi)所需的中繼個(gè)數(shù)為=在第i個(gè)環(huán)形內(nèi)中繼的安置半徑和夾角滿足
4.一種兩階段協(xié)作多播方法，所述方法包括步驟I)，采用上述權(quán)利要求所述的方法獲取要達(dá)到預(yù)定覆蓋率所需的最優(yōu)基站發(fā)射功率以及理想的中繼位置；步驟2)將基站的發(fā)射功率設(shè)置為所述最優(yōu)基站發(fā)射功率，進(jìn)行第一階段的多播；步驟3)基于所述理想的中繼位置來(lái)選擇中繼，進(jìn)行第二階段的多播。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述步驟3)包括選擇距離理想的中繼位置最近的一個(gè)成功用戶作為協(xié)作多播第二階段的中繼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，所述步驟3)包括對(duì)于MXN的矩陣中，矩陣行的編號(hào)表示所需要的M個(gè)理想中繼，矩陣的列標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的經(jīng)過(guò)第一階段傳輸之后的所有的成功點(diǎn)的編號(hào)，矩陣中的元素Dy.表示的某第j個(gè)成功用戶到第i個(gè)理想中繼的距離，執(zhí)行下列步驟步驟31)求解min(Du)，如果最小值等于c ，結(jié)束該算法；如果最小值不等于c ，記錄相應(yīng)的行標(biāo)號(hào)i和列標(biāo)號(hào)j ;如果最小值有多個(gè)相同值，記錄最小行標(biāo)號(hào)所對(duì)應(yīng)的一個(gè)最小值，并記錄行號(hào)和列號(hào)；則用第j個(gè)成功用戶來(lái)替代第i個(gè)理想中繼；步驟32)將矩陣Dy.對(duì)應(yīng)的i行j列元素置成c ，然后返回步驟31)。
7.—種兩階段協(xié)作多播系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括計(jì)算模塊，用于采用如權(quán)利要求1、2或3所述的方法獲取要達(dá)到預(yù)定覆蓋率所需的最優(yōu)基站發(fā)射功率以及理想的中繼位置；基站，所述基站以最優(yōu)基站發(fā)射功率作為基站的發(fā)射功率，進(jìn)行第一階段的多播；以及中繼選擇模塊，用于基于理想的中繼位置來(lái)選擇中繼，以進(jìn)行第二階段的多播。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述中繼選擇模塊選擇距離理想的中繼位置最近的一個(gè)成功用戶作為協(xié)作多播第二階段的中繼，以進(jìn)行第二階段的多播。
全文摘要
本發(fā)明提供了節(jié)能的兩階段協(xié)作多播方法和系統(tǒng)，首先計(jì)算獲取要達(dá)到預(yù)定覆蓋率所需的最優(yōu)基站發(fā)射功率以及理想的中繼位置；然后，將基站的發(fā)射功率設(shè)置為所述最優(yōu)基站發(fā)射功率，進(jìn)行第一階段的多播，并基于所述理想的中繼位置來(lái)選擇中繼，進(jìn)行第二階段的多播。該方法在高用戶密度場(chǎng)景下，可以極大地降低系統(tǒng)總功耗和基站的功耗。
文檔編號(hào)H04W52/02GK103002462SQ20121059275
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者周一青, 劉航, 田霖, 陳海華, 石晶林 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所