[发明专利]一种节能的带状覆盖中继站部署方法

摘要

本发明公开了一种节能的带状覆盖中继站部署方法，该方法首先分析带状封闭区域长度和宽度，考虑采用分而盖之的部署方法对带状区域进行完全覆盖，进而建立中继站间的干扰权值矩阵，构建能保证中继站间干扰权值矩阵为零矩阵以及保证频谱效率的同时最大化能量效率的基本模型，据此采用穷举搜索方法寻找最优中继站间距离，最终确定中继站的位置和数量。本发明能应用于蜂窝中继网络，可以在薄弱带状区域直接部署中继站，降低通信系统的总能耗，同时保证系统频谱效率和用户服务质量。本发明还可以扩展到蜂窝网其它薄弱区域的部署，比如机场跑道、高铁等。

主权项

1.一种节能的带状覆盖中继站部署方法，其特征在于，根据带状封闭区域长度D和宽度H，考虑部署中继站对带状区域进行完全覆盖，包括如下步骤：(1)首先对带状区域的宽度H进行分析，若是0＜H≤2r，则只需要部署一个(d,r)‑圆盘串即可对带状区域进行覆盖，其中d是两个相邻的中继站覆盖圆盘的圆心距离，r是中继站的覆盖半径；若是H＞2r，则采用分而盖之的中继站部署方法对长带状区域提供覆盖；所述分而盖之具体为将长带状区域划分成一些子长带状区域，每个子带状区域都平行于原始区域的长边，并且每个子带状区域的宽度都不大于2r，这样使用多个(d,r)‑圆盘串即可对带状区域进行覆盖；(2)采用穷举搜索方法调整中继站间的距离d，在保证中继站间干扰权值矩阵为零矩阵的条件下，判断蜂窝中继网络是否达到频谱效率和能量效率平衡，从而找到中继站的最优间距d^*；所述穷举搜索方法寻找最优间距d^*，包括如下步骤：(2.1)设定中继站的间距范围d∈[r,D)，穷举搜索的步长为Δd，搜索次数为定义j＝0,1,2,…,t，第j次的搜索距离为d(j)＝r+jΔd；(2.2)根据预定义的干扰距离阀值计算中继站间的干扰，得到干扰权值矩阵元素和当则当则当则d_T2与d_T1是预定义的上下干扰距离阀值；i和i^*表示任意两个中继站；表示任意两个中继站i与中继站i^*间的距离；(2.3)在每一次搜索中，可能会导致有些用户未被中继站所覆盖，对于在带状区域内又没被中继站覆盖的用户，可以根据信噪比最大原则接入相应的中继站或者基站；(2.4)根据以下公式计算每一次搜索所得到的与每个中继站相连的用户数、吞吐量，与基站相连的用户数、吞吐量；设系统所用的带宽为W，则第i个中继站的吞吐量为：式中，N_i表示与第i个中继站相连的用户数，P_R是中继站的发射功率，h_i,l代表与第i个中继站相连的第l个用户的信道系数，I_i,l为与第i个中继站相连的第l个用户受到其它中继站的总干扰功率，σ²为噪声功率；基站的吞吐量为：式中，N_B表示与基站相连的用户数，P_B是中继站的发射功率，h_j代表与基站相连的第j个用户的信道系数；(2.5)根据公式①和②以及以下公式计算每一次搜索所得到的系统的吞吐量、总功率消耗、频谱效率以及能量效率；系统的吞吐量为：系统的总功率消耗为：P＝N_r(Δ_RP_R+P_R0)+(Δ_BP_B+P_B0)          ④式中，N_r代表要部署的中继站个数；Δ_B和Δ_R分别代表基站和中继站的功放效率，P_B和P_R分别代表基站和中继站的发射功率，P_B0和P_R0分别代表基站和中继站的静态功耗；频谱效率为能量效率为(2.6)在t次搜索所得到的干扰权值矩阵、频谱效率以及能量效率中，在保证中继站间干扰权值矩阵为零矩阵以及保证频谱效率的同时最大化能量效率，找到中继站的最优间距d^*；(2.7)当找到中继站的最优间距d^*，则搜索结束。