[发明专利]面向协作通信的基站规划方法

摘要

本发明公开了一种面向协作通信的基站规划方法，区别于传统基站规划中蜂窝小区规则无交叠覆盖，协作通信的基站覆盖范围将产生不同程度的交叠。针对该场景，本发明以基站最小总功耗和最小数量为目标，建立基站站址与数量选择的优化模型；结合网格自适应直接搜索算法与连续消除法，给出所建模型的数值求解办法。数值结果表明所提模型可在保证链路质量的前提下有效降低基站的总功耗和数量，验证了算法的有效性和协作通信的内在优势。相关结论可为协作通信网络的基站规划问题提供参考。

主权项

一种面向协作通信的基站规划方法，其特征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：minΣi=1NbPi---(1)]]>s.t.SINRk≥SINRth∀k=1,2,...,Nu---(2)]]>gi,k＝|Di,k|‑αLo  (3)Pi,kPj,k=θ|Di,k|α|Dj,k|α---(4)]]>bm,k={i|Dbm,k≤D(S)=min{D1,k,D2,k,...,DNb,k}}---(5)]]>Σk=1MiPi,k≤Pmax---(6)]]>其中：(1)式表示模型目标函数，即基站发射功率之和最小，Nb表示基站数量，Pi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SINRk满足最低信干噪比要求SINRth，Nu表示用户数量；(3)式中gi,k为基站i到用户k的路径损耗，Di,k为基站i到用户k的欧几里得距离；Lo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；Dj,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bm,k，其中m＝1,…,S；为基站bm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Mi表示被基站i服务的用户数量，Pmax为基站最大发射功率；Pi,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SINRk可表示为：SINRk=Preceived,kIout,k+δ2---(7)]]>Preceived,k=Σm=1SPbm,kgbm,k---(8)]]>Iout,k=Σm=1SΣi=1,i≠bm,kNbPigi,k---(9)]]>(7)式中的δ2为热噪声功率；(8)式表示用户k的接收功率，表示服务用户k的第bm,k号基站分配给该用户的发射功率；表示第bm,k号基站到用户k的路径损耗；(9)式表示小区间干扰，其中Pi可以表示为：Pi=Σk=1MiPi,k---(10)]]>gi,k为基站i到用户k的路径损耗；步骤2：将公式(2)中的不等式约束转换为等式约束，可以表示为：Σm=1SPbm,kgbm,k-SINRthΣn=1,n≠kNu(gi,kΣm=1SPbm,n)=SINRthδ2---(11)]]>步骤3：以(BXi,BYi)与(UXk,UYk)分别表示基站i和用户k的坐标，利用概率分布得到所有用户坐标，同时将所有初始基站坐标联立为向量利用网格自适应直接搜索法求解最优模型，直到搜索步长Δ小于阈值Δth时，得到最优的基站站址坐标；步骤4：利用基站数量优化算法优化基站数量，具体为：定义集合ξ,ψ,其中ξ表示可消除基站站址集合，ψ表示不可消除基站站址集合，计算任意两候选基站p,q之间距离Dp,q，若Dp,q小于距离阈值Dth，则在候选基站p,q地理位置连线之间选择一新候选站址，若该新站址仍满足用户下行链路信干噪比要求，则候选基站p,q属于集合ξ，新站址成为候选站址，否则候选基站p,q属于集合ψ；若Dp,q大于距离阈值Dth，则候选基站p,q属于集合ψ，遍历所有候选站址，若集合ξ中元素不再增加则遍历完毕，即当前候选站址集已无法进一步消除，所得集合ψ为最小基站站址集合。