[发明专利]面向协作通信的基站规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信技术，具体地说，是一种面向协作通信的基站规划方法。

背景技术

随着移动互联网与物联网的快速推广与应用，无线数据流量将长期保持强劲增长态势。为承载快速增长的各项数据业务，协作通信作为一种空间分集技术被广泛研究，由接入网多个基站共同为同一用户提供服务，将邻区干扰由被动抑制转为主动利用，可提供新的系统容量与频谱资源利用率增益，是未来移动通信发展的关键技术之一。

前端基站是协作通信无线接入网的承载单元，一般多个基站协同服务同一用户，这使得基站覆盖范围呈现出不同程度的交叠，其覆盖形式明显区别于传统蜂窝小区规则无交叠覆盖，研究该场景下基站规划部署将直接决定协作通信系统的整体性能。目前关于基站规划部署问题的研究多考虑无交叠覆盖场景，基本建模思路为：根据用户空间分布与无线信道传播模型，以端到端链路质量为约束，建立以最大网络覆盖率、最少基站数量或者最小发射功率为目标函数的最优化模型优化待建基站的位置与数量。这类模型多为多决策变量、大搜索空间的多目标优化问题，不适合用传统数学优化算法进行求解，而多采用智能算法，如模拟退火算法、遗传算法与免疫算法等，部分研究在给定候选站址集的情况下，采用图论的方法遴选出覆盖指定区域且满足用户需求的最佳基站子集。

如图1所示，传统基站规划的默认布网方式为规则无交叠覆盖的蜂窝状小区，用户由其所属小区基站服务，若用户从当前位置移动至相邻小区，将切换服务至相邻小区基站并重新建立通信链路。无论用户地理位置变化，其仅能由一个基站提供服务，规划基站建设时无需考虑覆盖范围相互交叠的情况。而协作通信可在不同基站之间共享天线，将邻区干扰由被动抑制转为主动利用以获取新的系统容量与资源利用率增益。根据基站间不同协作机制，用户移动时始终由数个基站共同服务，因此基站覆盖范围必将出现不同程度重叠，如图2所示(其中每个用户由三个基站协同服务)。当基站覆盖范围交叠时，信干噪比计算、优化模型的约束条件与用户的小区选择均与传统基站规划不同，需专门研究该场景的基站规划问题。

发明内容

仅鉴于此，本发明提供一种面向协作通信的基站规划方法，以基站最小总功耗和最少数量为目标，创新性的研究了该场景的基站站址和数量选择问题，以期最大程度降低系统能耗和建设成本，为协作通信网络的基站规划问题提供参考。

为达到上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种面向协作通信的基站规划方法，其关键在于按照以下步骤进行：

步骤1：构建基站站址优化模型，以基站最小总功耗为目标函数，模型输出优化后基站地理位置，具体可以表述为：

s.t.

g_i,k＝|D_i,k|^-αL_o(3)

其中：

(1)式表示模型目标函数，即基站发射功率之和最小，N_b表示基站数量，P_i表示基站i的总发射功率；

(2)式表示链路质量约束，用户k的下行链路信干噪比SINR_k满足最低信干噪比要求SINR_th，N_u表示用户数量；

(3)式中g_i,k为基站i到用户k的路径损耗，D_i,k为基站i到用户k的欧几里得距离；L_o为路径损耗系数，α∈[2,5]，不同的取值模拟不同的场景；

(4)式表示基站i和j分配给用户k的发射功率与它们到该用户的路径损耗成反比，其中θ是比例系数；D_j,k为基站j到用户k的欧几里得距离；

(5)式表示用户k选择与其距离最近的S个基站为服务基站，并且对服务基站赋以标识b_m,k，其中m＝1,…,S；为基站b_m到用户k的的欧几里得距离；D_(S)为S个欧几里得距离最近的基站；

(6)式表示基站最大发射功率约束，其中M_i表示被基站i服务的用户数量，P_max为基站最大发射功率；P_i,k表示基站i分配给用户k的发射功率；

当每个用户由S个基站共同服务时，用户k下行链路信干噪比SINR_k可表示为：