[发明专利]一种中继蜂窝网络用户选择基站的高效能方法

摘要

本发明提出一种包含两个半双工、译码转发中继的蜂窝网络中用户高效地选择其服务基站的方法，适用于各个基站负载不高，且保证每个用户速率要求的情况下，最小化整个系统的功耗。其高效性体现在以更低的复杂度，达到最低的功耗。该方法先给定了用户的初始服务基站，且根据当前的连接方式，选取一位改变其服务基站并选取合适的时频资源块可取得最大功耗减少的用户，并将该用户连接至相应基站和资源块。重复上述步骤直至所有用户都被考虑。最后将负载低于0.2的中继关闭。本发明提出的蜂窝网络中用户选择其服务基站的方法可以高效地节省整个系统的功耗。

主权项

一种中继蜂窝网络用户选择基站的高效能方法，其特征在于，该方法以降低每个用户的通信功耗为原则，以低复杂度的方式为其选择合适的服务基站；在使用两个半双工、译码转发中继的蜂窝网络中，考虑基站在负载不高的情况下，高效地选择用户所通信基站，给定用户初始服务基站，并根据当前状态动态地为用户选择功耗更小的通信基站，具体步骤如下：步骤1：初始化所有用户连接到中心基站；步骤2：在未考虑的用户中，初始时为所有用户，找到一个在当前状态下，改变其服务基站和时频资源块能达到最低功耗的用户，其中时频资源块可大致分为和三块。和分别表示中心基站和中继1和中继2通信所使用的时频资源块，且由于中继的半双工特性，导致连接在中继1和中继2上的用户只能使用和及和两类资源块，基站的功耗可由如下式计算：$P^{in}=\left\{\begin{array}{cc}{P}^0+{\mathrm{\ΔpLP}}^{max},& 0\<L\≤1\\ P^S,& L=0\end{array}\right.---\left(1\right)$其中，Pⁱⁿ为中心基站(或中继)的总功耗，P⁰为基站闲置时的功耗，Δp为基站的功率放大效率，P^max为基站的最大传输功率，P^S为基站休眠时的功耗，L为基站的负载；而中心基站和中继的负载可由以下公式计算：$\begin{array}{c}{L}_M=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i\∈M}\frac{r_i}{{\mathrm{Wlog}}_2(1+\frac{p_{MBS}\·H_{MBS,i}}{{\mathrm{\ρ}}_{1b}\·p_{RS1}\·H_{RS1,i}+{\mathrm{\ρ}}_{2b}\·p_{RS2}\·H_{RS2,i}+n_0})}}{N_{RB}}+\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i\∈R1}\frac{r_i}{{\mathrm{Wlog}}_2(1+\frac{p_{MBS}\·H_{MBS,RS1}}{{\mathrm{\ρ}}_{2a}\·p_{RS2}\·H_{RS2,RS1}+n_0})}}{N_{RB}}\\ +\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i\∈R2}\frac{r_i}{{\mathrm{Wlog}}_2(1+\frac{p_{MBS}\·H_{MBS,RS2}}{{\mathrm{\ρ}}_{1a}\·p_{RS1}\·H_{RS1,RS2}+n_0})}}{N_{RB}}\end{array}---\left(2\right)$$L_{R1}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i\∈R1}\frac{r_i}{{\mathrm{Wlog}}_2(1+\frac{p_{RS1}\·H_{RS1,i}}{{\mathrm{\ρ}}_B\·p_{MBS}\·H_{MBS,i}+{\mathrm{\ρ}}_{2b}\·p_{RS2}\·H_{RS2,i}+n_0})}}{N_{RB}}\left(or\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i\∈R1}\frac{r_i}{{\mathrm{Wlog}}_2(1+\frac{p_{RS1}\·H_{RS1,i}}{p_{MBS}\·H_{MBS,i}+n_0})}}{N_{RB}}\right)---\left(3\right)$$L_{R2}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i\∈R2}\frac{r_i}{{\mathrm{Wlog}}_2(1+\frac{p_{RS2}\·H_{RS2,i}}{{\mathrm{\ρ}}_B\·p_{MBS}\·H_{MBS,i}+{\mathrm{\ρ}}_{1b}\·p_{RS1}\·H_{RS1,i}+n_0})}}{N_{RB}}\left(or\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i\∈R2}\frac{r_i}{{\mathrm{Wlog}}_2(1+\frac{p_{RS2}\·H_{RS2,i}}{p_{MBS}\·H_{MBS,i}+n_0})}}{N_{RB}}\right)---\left(4\right)$其中i∈M、i∈R1、i∈R2表示服务于中心基站、中继1和中继2的用户，W为一个资源块所占用的带宽，p为一个资源块上的传输功率，H为信道增益，n₀为高斯白噪声，N_RB为基站所拥有的总的资源块；而ρ_1a、ρ_2a、ρ_B、ρ_1b和ρ_1b均为干扰因子，其定义如下：${\mathrm{\ρ}}_{1a}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i\∈R1}\frac{r_i}{{\mathrm{Wlog}}_2(1+\frac{p_{RS1}\·H_{RS1,i}}{p_{MBS}\·H_{MBS,i}+n_0})}}{{\mathrm{\Σ}}_{i\∈R2}\frac{r_i}{{\mathrm{Wlog}}_2(1+\frac{p_{MBS}\·H_{MBS,RS2}}{p_{1a}\·p_{\mathrm{RS}1}\·H_{RS1,RS2}+n_0})}}---\left(5\right)$${\mathrm{\ρ}}_{2a}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i\∈R2}\frac{r_i}{{\mathrm{Wlog}}_2(1+\frac{p_{RS1}\·H_{RS1,i}}{p_{MBS}\·H_{MBS,i}+n_0})}}{{\mathrm{\Σ}}_{i\∈R2}\frac{r_i}{{\mathrm{Wlog}}_2(1+\frac{p_{MBS}\·H_{MBS,RS1}}{{\mathrm{\ρ}}_{2a}\·p_{RS2}\·H_{RS1,RS2}+n_0})}}---\left(6\right)$其中N_RB、和分别表示总的资源块、中心基站与中继1通信所使用的资源块以及中心基站与中继2通信所使用的资源块；步骤3：若将该用户连到该基站的相应资源块上会比之前状态(该用户连在中心基站，其他用户不变)的功耗小，且不会使中心基站及两个中继超负载，那么就将该用户固定在该基站上；而中心基站及中继的约束条件可由以下公式表示：L_MBS≤1                     (10)步骤4：重复步骤2、3直至所有用户都被考虑过一遍；步骤5：将此时的功耗与初始所有用户都连接在中心基站时的功耗相比，取最小功耗的连接方式；步骤6：若此时中继1或中继2的负载低于0.2，则将之关闭。