基于多點協(xié)作傳輸模式選擇的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多點協(xié)作傳輸模式選擇的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方法，首先定義系統(tǒng)的頻譜效率和能耗函數(shù)，利用定義的函數(shù)分別構(gòu)建最大化系統(tǒng)能效的目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)問題是一個非線性分數(shù)優(yōu)化問題，先使用參數(shù)化方法將問題轉(zhuǎn)化為一個等效問題，接著通過迭代算法獲得最優(yōu)的功率分配。最后，選擇節(jié)能效果好的模式進行傳輸。采用本發(fā)明的多點協(xié)作傳輸模式選擇方法，能夠提高網(wǎng)絡(luò)整體能效。
【專利說明】基于多點協(xié)作傳輸模式選擇的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于多點協(xié)作傳輸模式選擇的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方法，用于解決LTE(Long Term Evolution)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能問題，屬于無線通信網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 綠色無線電（green radio)的環(huán)保觀念逐漸深入人心，如何有效降低無線通訊 系統(tǒng)的能源消耗，達到節(jié)能效果是需要在未來通信中考慮的問題。無線通信中能量消耗 的不斷增加直接導(dǎo)致了二氧化碳排放量的增加，基站消耗了整個網(wǎng)絡(luò)60% -80%的能量 消耗。從運營商的角度來講，降低能量消耗意味著實現(xiàn)較低的運營開支（OPEX，operating expenditure)。早在2009年就成立了移動VCE綠色無線電項目（Mobile Virtual Centre of Excellence(VCE)Green Radio)，致力于研究如何在未來通信中降低無線網(wǎng)絡(luò)的二氧化 碳排放和運營開支，實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。
[0003] 節(jié)能技術(shù)可分為以下三類：基站側(cè)的節(jié)能，網(wǎng)絡(luò)部署策略和使能技術(shù)。多點聯(lián)合協(xié) 作（CoMP，Coordinated multipoint)作為一種使能技術(shù)，通過基站間的聯(lián)合協(xié)作可以有效 地提高系統(tǒng)的頻譜效率。根據(jù)不同的數(shù)據(jù)分享和信道狀態(tài)信息反饋（CSI)策略，CoMP可以 分為CoMP-JT和CoMP-CS兩種傳輸模式。CoMP領(lǐng)域已進行了大量研究，毫無疑問CoMP技術(shù) 能有效提高小區(qū)邊緣用戶容量。但是，高的系統(tǒng)容量不一定保證高的系統(tǒng)能效，因為存在信 號處理和反饋引起的額外功率損耗。
[0004] CoMP場景下的節(jié)能技術(shù)主要包括小區(qū)關(guān)閉技術(shù)和系統(tǒng)資源的分配策略。目前相關(guān) 文獻研究了 CoMP-JT模式基于能效的資源分配策略，但是，文章并未對CoMP-CS模式進行研 究。也有文獻通過研究CoMP-JT和CoMP-CS模式聯(lián)合優(yōu)化傳輸時間和傳輸功率可提高系統(tǒng) 能效，文獻將問題建模為最小化系統(tǒng)傳輸功率，系統(tǒng)能耗模型只考慮了傳輸功率損耗，沒有 考慮信號處理和反饋功率損耗。需要在考慮傳輸功率、信號處理和反饋功率損耗的情況下， 選擇能效高的CoMP模式傳輸來進一步的提高系統(tǒng)能效。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 結(jié)合現(xiàn)有方法的優(yōu)點與不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于多點協(xié)作傳輸模式選 擇的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方法，確定協(xié)作的模式并在保障用戶服務(wù)質(zhì)量需求的前提下優(yōu)化該模式下基 站的發(fā)射功率。采用本發(fā)明的多點協(xié)作傳輸模式選擇方法，能夠提高網(wǎng)絡(luò)整體能效。
[0006] -種基于多點協(xié)作傳輸模式選擇的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方法，其特征在于：首先定義系統(tǒng)的 頻譜效率和能耗函數(shù)，利用定義的函數(shù)構(gòu)建最大化系統(tǒng)能效的目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)問題是一個 非線性分數(shù)優(yōu)化問題，先使用參數(shù)化方法將問題轉(zhuǎn)化為一個等效問題，接著通過迭代算法 獲得最優(yōu)的功率分配。最后，選擇節(jié)能效果好的模式進行傳輸。
[0007] 1多點協(xié)作傳輸模式選擇的方法
[0008] 在分析網(wǎng)絡(luò)能效時，首先利用定義網(wǎng)絡(luò)的能效函數(shù)，分別在CoMP-JT和CoMP-CS模 式下通過優(yōu)化基站發(fā)射功率獲得較高的系統(tǒng)能效，然后選擇節(jié)能效果好的模式進行傳輸。
[0009] 2最大化系統(tǒng)能效目標(biāo)問題建模
[0010] 假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中參與聯(lián)合協(xié)作的基站數(shù)量為N，向N個用戶傳輸信息，所有收發(fā)器都配 備單天線。用戶進行單數(shù)據(jù)流傳輸，假設(shè)0FDM子載波的個數(shù)為K，0FDM符號的循環(huán)前綴長 度大于或等于無線信道的多徑時延擴展。基站b第k個子載波上發(fā)送給用戶u的數(shù)據(jù)可表 示為
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于多點協(xié)作傳輸模式選擇的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方法，其特征在于：首先定義系統(tǒng)的頻 譜效率和能耗函數(shù)，利用定義的函數(shù)分別在兩種多點協(xié)作傳輸模式下構(gòu)建最大化系統(tǒng)能效 的目標(biāo)函數(shù)；目標(biāo)問題是一個非線性分數(shù)優(yōu)化問題，先使用參數(shù)化方法將問題轉(zhuǎn)化為一個 等效問題，接著通過迭代算法獲得最優(yōu)的功率分配；最后，選擇節(jié)能效果好的模式進行傳 輸。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于多點協(xié)作傳輸模式選擇的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方法，其特征在于，系 統(tǒng)的頻譜效率和能耗函數(shù)的定義如下： 假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中參與聯(lián)合協(xié)作的基站數(shù)量為N，向N個用戶傳輸信息，所有收發(fā)器都配備單 天線；用戶進行單數(shù)據(jù)流傳輸，假設(shè)OFDM子載波的個數(shù)為K，OFDM符號的循環(huán)前綴長度大于 或等于無線信道的多徑時延擴展，基站b第k個子載波上發(fā)送給用戶u的數(shù)據(jù)可表示為
(1) 其中，PbiU|n[k]表示基站b在第k個子載波上給用戶u的發(fā)射功率，su[k]表示用戶u 的發(fā)送符號；不考慮子載波間的干擾，下文統(tǒng)一忽略標(biāo)號k，假設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)su按下式進行歸 一化， E {| su|2} = 1, for u = {1, 2,. . . , N} (2) 用戶u的接收信號為
(3) 其中，hbiU表示基站b到用戶u的小尺度衰落信道信息，liiU表示基站b到用戶u的路 徑損耗和陰影衰落，nu表示均值為零方差為隊的高斯白噪聲。 系統(tǒng)采用CoMP-JT傳輸模式時，在能獲得所以信道狀態(tài)信息的情況下，用戶 u e {1，...，N}能獲得的最大頻譜效率為 SEf =log2(l + r;7) (4)
(5) 其中，/?^表示用戶u的接收信噪比（signal-to-noise ratio, SNR)。 系統(tǒng)采用CoMP-CS傳輸模式時，用戶u的SNR和達到的最大頻譜效率為
(6) (7) CoMP系統(tǒng)中總的功率損耗除了傳統(tǒng)非協(xié)作系統(tǒng)中的傳輸和信號處理功耗外，還包含反 饋功率損耗，用分別表示CoMP-JT和CoMP-CS系統(tǒng)的總體能耗
(8) (9) 公式（8)和公式（9)的第一項表示功率放大器總的功率損耗，0 < ε < 1是常數(shù)，表示 功率放大器的效率，第二項ΝΡ。表示系統(tǒng)內(nèi)Ν個基站總的信號處理功率損耗，Ρ。是常數(shù)，包 含濾波器、混合器、同步、數(shù)模轉(zhuǎn)換等的功率損耗，第三項表示系統(tǒng)的反饋功率損耗，假設(shè)每 條反饋鏈路的功率消耗是相同的，用Ρ ΒΗ表示，ΝΒΗ表示系統(tǒng)中的反饋鏈路數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于多點協(xié)作傳輸模式選擇的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方法，其特征在于，構(gòu) 建保障用戶最低速率的最大化系統(tǒng)能效的目標(biāo)函數(shù)： 分別定義多點協(xié)作兩種傳輸模式下的系統(tǒng)能效：
(10) 用Ω#表不選擇的CoMP傳輸模式，在傳輸模式Ω e {'JT'，'CS'}下的最優(yōu)功率分配 策略為= b = {l，2，...，N}，u = {1，2，...，《，最大化系統(tǒng)能量效率的問 題（P1)可描述為
(11) 其中，表示基站的最大發(fā)射功率，^表示用戶U的最低保障速率。
4. 如權(quán)利要求3所述的基于多點協(xié)作傳輸模式選擇的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方法，其特征在于，構(gòu) 建的目標(biāo)函數(shù)不是一個凸優(yōu)化問題，對其求解采用Dinkelbach參數(shù)化方法將其轉(zhuǎn)為為一 個非分數(shù)的優(yōu)化問題，網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方法的流程如下： 1) 按照公式（10)分別計算CoMP-JT模式和CoMP-CS下的系統(tǒng)能效； 2) 按照公式（11)構(gòu)建最大化系統(tǒng)能效的目標(biāo)問題，使用參數(shù)化方法將該非線性分數(shù) 優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為一個等效問題，通過迭代算法獲得最優(yōu)的功率分配； 3) 選擇節(jié)能效果好的模式進行傳輸。
【文檔編號】H04W72/04GK104301975SQ201410621019
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】尤肖虎, 童恩, 龔淑蕾, 潘志文 申請人:東南大學(xué), 中國移動通信集團江蘇有限公司