基於蜂窩網絡覆蓋終端直通通信系統能效與時延折衷方法

2023-10-05 03:52:44

基於蜂窩網絡覆蓋終端直通通信系統能效與時延折衷方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於蜂窩網絡覆蓋終端直通通信系統能效與時延折衷方法，該基於蜂窩網絡覆蓋終端直通通信系統能效與時延折衷方法通過引入組的概念，將工作在同一個正交頻段的所有用戶定義為一個組，因此用戶間的幹擾只存在於組內，組與組之間不存在幹擾，組概念的引入將該算法的最優化問題分解成了一系列的子問題，從而大大的降低了計算的複雜度。本發明定量的揭示出了該通信系統中時延和能效的折衷關係，該定量關係為工程設計中控制和權衡時延和能效性能提供了重要的理論準則。本發明提出的能效-時延折衷算法不需要知道任何有關業務到達率和信道條件的統計分布的先驗知識，具有信號開銷小的優點，從而能容易的應用於實際系統。
【專利說明】基於蜂窩網絡覆蓋終端直通通信系統能效與時延折衷方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於無線通信【技術領域】，尤其涉及一種基於蜂窩網絡覆蓋終端直通通信系統能效與時延折衷方法。
【背景技術】
[0002]基於蜂窩網絡覆蓋的幹擾受限的終端直通技術能增加資源利用率、提高小區的覆蓋範圍、增加小區單元的吞吐量並且節省用戶設備的功耗。終端直通鏈路有使用專用的頻段或與蜂窩鏈路共享頻段兩種工作模式，其中與蜂窩鏈路共享頻譜有更高的譜效，但是使用終端直通模式的用戶與使用蜂窩網絡模式的用戶共享頻段會造成嚴重的相互幹擾，從而導致一個幹擾受限的場景。
[0003]對於這種幹擾受限的場景，目前有兩個研究方向。第一個是在保證用戶服務質量(QoS)的情況下，通過幹擾協調或者功率控制技術去實現功耗最小化；第二個是通過設計合適的資源分配策略去實現譜效最大化。功耗和譜效是兩個傳統通信技術指標，分別用于衡量在保證用戶服務質量下功耗需求的最小程度，以及受限頻譜被利用的有效程度。但是二者都不能描述能量消耗的有效程度。為此，為適應環境友好型的未來無線網絡的設計和規劃，能效作為一個全新的技術指標被提出。
[0004]但是，能效和功耗以及能效和譜效這兩對技術指標不能同時實現最優，從而導致很難借鑑已有的關於功耗和譜效的研究成果。因此，在這種幹擾受限場景中，設計能效最優的功率分配算法是一個很值得研究的課題。但是由於能效最優問題固有的非凸性，以及蜂窩模式用戶和終端直通用戶的耦合功率分配，使得研究該問題極具挑戰性。而目前對於這種幹擾受限場景下的能效最優問題的研究也非常有限。
[0005]另一方面，對於存在終端直通技術的通信系統，時延性能是保證用戶服務質量的另一關鍵指標。如果業務對於時延很敏感，晚到達的數據是無用的，不僅浪費能量並且會降低用戶的服務質量。但是目前存在的對於終端直通的研究，都是考慮功耗、譜效或者能效，並沒有考慮時延。並且這些研究都是基於瞬時和靜止的模型，從而不足以描述實際無線網絡業務到達的隨機性和信道條件的時變性。
[0006]因此，對於基於蜂窩網絡覆蓋的幹擾受限的終端直通的通信系統，需要在考慮業務隨機到達和時變信道條件下，建立理論分析模型，設計功率分配算法。從而定量揭示出能效-時延的折衷關係，提出能效-時延折衷算法，為工程設計中控制和權衡能效和時延性能
建立理論準則。

【發明內容】

[0007]本發明實施例的目的在於定量揭示蜂窩網絡覆蓋終端直通通信系統能效與時延的[0(1/V)，0(V)]折衷關係，提供一種基於蜂窩網絡覆蓋終端直通通信系統能效與時延折衷方法，該方法不需要知道任何有關業務到達率和信道條件的統計分布的先驗知識，具有信號開銷小的優點，從而能容易的應用於實際系統。[0008]本發明實施例是這樣實現的，一種基於蜂窩網絡覆蓋終端直通通信系統能效與時延折衷方法，該基於蜂窩網絡覆蓋終端直通通信系統能效與時延折衷方法包括以下步驟:
[0009]步驟一，對於基於蜂窩網絡覆蓋的幹擾受限的終端直通的通信系統，引入組的概念，假設系統存在R個正交的頻段，將工作在同一個正交頻段的所有用戶定義為一個組，即系統存在R個組，因此用戶間的幹擾只存在於組內，組與組之間不存在幹擾；
[0010]步驟二，給出了組r內工作在蜂窩模式的用戶在基站的接收信幹噪比/::(7(4
Gr(t))和工作在終端直通模式的用戶在終端直通接收端的接收信幹噪比y:(Ρ\?\ Gr(t))的定義公式；
[0011]通過香農公式給出組r內工作在蜂窩模式的用戶的傳輸速率和終端直通模式的用戶的傳輸速率?)的定義公式；
[0012]步驟三，給出系統工作在蜂窩模式的用戶的傳輸速率Rm(t)、工作在終端直通模式的用戶的傳輸速率Rn(t)和所有工作的用戶的總傳輸速率Rttrt (t)的定義公式；
[0013]步驟四，給出了單用戶的瞬時功耗Pk(t)、長期的平均功耗Pk和系統瞬時總功耗Ptot⑴的定義公式:
[0014]
【權利要求】
1.一種基於蜂窩網絡覆蓋終端直通通信系統能效與時延折衷方法，其特徵在於，該基於蜂窩網絡覆蓋終端直通通信系統能效與時延折衷方法包括以下步驟: 步驟一，對於基於蜂窩網絡覆蓋的幹擾受限的終端直通的通信系統，引入組的概念，假設系統存在R個正交的頻段，將工作在同一個正交頻段的所有用戶定義為一個組，即系統存在R個組，因此用戶間的幹擾只存在於組內，組與組之間不存在幹擾； 步驟二，給出了組r內工作在蜂窩模式的用戶在基站的接收信幹噪比Gr(t))和工作在終端直通模式的用戶在終端直通接收端的接收信幹噪比K(P1Xi), Gr(t))的定義公式; 通過香農公式給出組r內工作在蜂窩模式的用戶的傳輸速率<,(/)和終端直通模式的用戶的傳輸速率巧(/)的定義公式； 步驟三，給出系統工作在蜂窩模式的用戶的傳輸速率Rm(t)、工作在終端直通模式的用戶的傳輸速率Rn(t)和所有工作的用戶的總傳輸速率Rttrt (t)的定義公式； 步驟四，給出了單用戶的瞬時功耗Pk(t)、長期的平均功耗Pk和系統瞬時總功耗Ptot (t)的定義公式:
2.如權利要求1所述的基於蜂窩網絡覆蓋終端直通通信系統能效與時延折衷方法，其特徵在於，在步驟二中，用戶在基站的接收信幹噪比KW/), Gr (t))的定義公式為:



3.如權利要求1所述的基於蜂窩網絡覆蓋終端直通通信系統能效與時延折衷方法，其特徵在於，在步驟二中，組r內工作在蜂窩模式的用戶的傳輸速率
4.如權利要求1所述的基於蜂窩網絡覆蓋終端直通通信系統能效與時延折衷方法，其特徵在於，在步驟三中，給出系統工作在蜂窩模式的用戶的傳輸速率Rm(t)的定義公式:
【文檔編號】H04W28/14GK103634850SQ201310646353
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月3日 優先權日:2013年12月3日
【發明者】盛敏, 李渝舟, 孫煜華, 張琰, 王璽均, 史琰, 劉國慶, 王亮 申請人:西安電子科技大學