基於多點協作傳輸模式選擇的網絡節能方法

2023-07-31 11:48:36

基於多點協作傳輸模式選擇的網絡節能方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於多點協作傳輸模式選擇的網絡節能方法，首先定義系統的頻譜效率和能耗函數，利用定義的函數分別構建最大化系統能效的目標函數。目標問題是一個非線性分數優化問題，先使用參數化方法將問題轉化為一個等效問題，接著通過迭代算法獲得最優的功率分配。最後，選擇節能效果好的模式進行傳輸。採用本發明的多點協作傳輸模式選擇方法，能夠提高網絡整體能效。
【專利說明】基於多點協作傳輸模式選擇的網絡節能方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基於多點協作傳輸模式選擇的網絡節能方法，用於解決LTE(Long Term Evolution)網絡節能問題，屬於無線通信網絡中的網絡【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 綠色無線電（green radio)的環保觀念逐漸深入人心，如何有效降低無線通訊 系統的能源消耗，達到節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 的不斷增加直接導致了二氧化碳排放量的增加，基站消耗了整個網絡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)，致力於研究如何在未來通信中降低無線網絡的二氧化 碳排放和運營開支，實現系統節能。
[0003] 節能技術可分為以下三類：基站側的節能，網絡部署策略和使能技術。多點聯合協 作（CoMP，Coordinated multipoint)作為一種使能技術，通過基站間的聯合協作可以有效 地提高系統的頻譜效率。根據不同的數據分享和信道狀態信息反饋（CSI)策略，CoMP可以 分為CoMP-JT和CoMP-CS兩種傳輸模式。CoMP領域已進行了大量研究，毫無疑問CoMP技術 能有效提高小區邊緣用戶容量。但是，高的系統容量不一定保證高的系統能效，因為存在信 號處理和反饋引起的額外功率損耗。
[0004] CoMP場景下的節能技術主要包括小區關閉技術和系統資源的分配策略。目前相關 文獻研究了 CoMP-JT模式基於能效的資源分配策略，但是，文章並未對CoMP-CS模式進行研 究。也有文獻通過研究CoMP-JT和CoMP-CS模式聯合優化傳輸時間和傳輸功率可提高系統 能效，文獻將問題建模為最小化系統傳輸功率，系統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能效。


【發明內容】

[0005] 結合現有方法的優點與不足，本發明的目的是提供一種基於多點協作傳輸模式選 擇的網絡節能方法，確定協作的模式並在保障用戶服務質量需求的前提下優化該模式下基 站的發射功率。採用本發明的多點協作傳輸模式選擇方法，能夠提高網絡整體能效。
[0006] -種基於多點協作傳輸模式選擇的網絡節能方法，其特徵在於：首先定義系統的 頻譜效率和能耗函數，利用定義的函數構建最大化系統能效的目標函數。目標問題是一個 非線性分數優化問題，先使用參數化方法將問題轉化為一個等效問題，接著通過迭代算法 獲得最優的功率分配。最後，選擇節能效果好的模式進行傳輸。
[0007] 1多點協作傳輸模式選擇的方法
[0008] 在分析網絡能效時，首先利用定義網絡的能效函數，分別在CoMP-JT和CoMP-CS模 式下通過優化基站發射功率獲得較高的系統能效，然後選擇節能效果好的模式進行傳輸。
[0009] 2最大化系統能效目標問題建模
[0010] 假設網絡中參與聯合協作的基站數量為N，向N個用戶傳輸信息，所有收發器都配 備單天線。用戶進行單數據流傳輸，假設0FDM子載波的個數為K，0FDM符號的循環前綴長 度大於或等於無線信道的多徑時延擴展。基站b第k個子載波上發送給用戶u的數據可表 示為
[0011]

【權利要求】
1. 一種基於多點協作傳輸模式選擇的網絡節能方法，其特徵在於：首先定義系統的頻 譜效率和能耗函數，利用定義的函數分別在兩種多點協作傳輸模式下構建最大化系統能效 的目標函數；目標問題是一個非線性分數優化問題，先使用參數化方法將問題轉化為一個 等效問題，接著通過迭代算法獲得最優的功率分配；最後，選擇節能效果好的模式進行傳 輸。
2. 如權利要求1所述的基於多點協作傳輸模式選擇的網絡節能方法，其特徵在於，系 統的頻譜效率和能耗函數的定義如下： 假設網絡中參與聯合協作的基站數量為N，向N個用戶傳輸信息，所有收發器都配備單 天線；用戶進行單數據流傳輸，假設OFDM子載波的個數為K，OFDM符號的循環前綴長度大於 或等於無線信道的多徑時延擴展，基站b第k個子載波上發送給用戶u的數據可表示為
(1) 其中，PbiU|n[k]表示基站b在第k個子載波上給用戶u的發射功率，su[k]表示用戶u 的發送符號；不考慮子載波間的幹擾，下文統一忽略標號k，假設發送數據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。 系統採用CoMP-JT傳輸模式時，在能獲得所以信道狀態信息的情況下，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)。 系統採用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系統中總的功率損耗除了傳統非協作系統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，表示 功率放大器的效率，第二項ΝΡ。表示系統內Ν個基站總的信號處理功率損耗，Ρ。是常數，包 含濾波器、混合器、同步、數模轉換等的功率損耗，第三項表示系統的反饋功率損耗，假設每 條反饋鏈路的功率消耗是相同的，用Ρ ΒΗ表示，ΝΒΗ表示系統中的反饋鏈路數。
3. 如權利要求1所述的基於多點協作傳輸模式選擇的網絡節能方法，其特徵在於，構 建保障用戶最低速率的最大化系統能效的目標函數： 分別定義多點協作兩種傳輸模式下的系統能效：
(10) 用Ω#表不選擇的CoMP傳輸模式，在傳輸模式Ω e {'JT'，'CS'}下的最優功率分配 策略為= b = {l，2，...，N}，u = {1，2，...，《，最大化系統能量效率的問 題（P1)可描述為
(11) 其中，表示基站的最大發射功率，^表示用戶U的最低保障速率。
4. 如權利要求3所述的基於多點協作傳輸模式選擇的網絡節能方法，其特徵在於，構 建的目標函數不是一個凸優化問題，對其求解採用Dinkelbach參數化方法將其轉為為一 個非分數的優化問題，網絡節能方法的流程如下： 1) 按照公式（10)分別計算CoMP-JT模式和CoMP-CS下的系統能效； 2) 按照公式（11)構建最大化系統能效的目標問題，使用參數化方法將該非線性分數 優化問題轉化為一個等效問題，通過迭代算法獲得最優的功率分配； 3) 選擇節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 優先權日:2014年11月6日
【發明者】尤肖虎, 童恩, 龔淑蕾, 潘志文 申請人:東南大學, 中國移動通信集團江蘇有限公司