站和用户根据需要或经验值进 行合适的设置，在此不对其具体数值进行限定。
[0052]设任意（d，r)_圆盘串中继站间的距离是一致的，所以采用k等分(d，r)_圆盘串部 署方法所部属的中继站个数为：
》此外，频谱效率定义为吞吐量与带宽之比，能量 效率定义为吞吐量与功率消耗之比，系统所用的带宽为W。则第i个中继站的吞吐量为：
[0054]式中，Ni表示与第i个中继站相连的用户数。PR是中继站的发射功率，hi,i代表与第i 个中继站相连的第1个用户的信道系数。11;1为与第i个中继站相连的第1个用户受到其它中 继站的总干扰功率，〇 2为噪声功率。基站的吞吐量为：
[0056]式中，Nb表示与基站相连的用户数。PB是中继站的发射功率，hj代表与基站相连的 第j个用户的信道系数。系统的总吞吐量为：
[0058]系统的总功率消耗为：
[0059] P = Nr( A rPr+Pr〇) + ( A bPb+Pbo)
[0060]式中，Nr代表要部署的中继站个数；A B和A R分别代表基站和中继站的功放效率， Pb和Pr分别代表基站和中继站的发射功率，Pbo和Pro分别代表基站和中继站的静态功耗。
[0061 ] 蜂窝中继网络的频谱效率为
（bits/Joulc)，能量效率为
ib/Cs.Hzp。 在保证中继站间无干扰或者干扰可容忍以及保证频谱效率的同时最大化能量效率，该优化 问题用数学语言描述如下：
[0062] max %e
[0063] < d.., < dr2 or d.f > dT2 V/, /'* g (l, Nr), / ^ i*
[0064]式中，t是系统频谱效率的期望值。i和f表示任意两个中继站，表示任意两个 中继站i与中继站司的距离，dT2与dT1是预定义的上下干扰距离阀值。
[0065]针对以上优化目标，采用穷举搜索的方法找到优化问题的最优解，即采用穷举搜 广.八 \ ^ ? *' w\f 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W= ； ；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(f。其中i和f表示任意两个中继站，和1i表示任意中继站i与中继站司是否存在 干扰的判断值，若存在干扰，则= 乂广1，若不存在干扰或者干扰可容忍，则％* =%,=()。 [0066]穷举搜索的方法步骤包括：
[0067]步骤S101，设定中继站的间距范围d e [r，D)，穷举搜索的步长为A d，搜索次数为
.定义j = 0，1，2，…，t，第j次的搜索距离为d( j) =r+j A d;
[0068]步骤S102,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 '々，当' < 妥2，则~=% =〇;当各> 4，则％ =w,r〇;当〇 < 4 4，则 w1;
[0069] 步骤S103,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；
[0070] 步骤S104,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；
[0071] 步骤S105,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；
[0072]步骤S106,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 / V 0 … w、 a 中继站间干扰权值矩阵w= i ；为零矩阵以及保证频谱效率的同时最大化能量 0、 效率，找到中继站的最优间距d%
[0073]步骤S107，当找到中继站的最优间距cf，则搜索结束。
[0074]如图3所示，根据带状区域宽度H和长度D，使用5个中继站对带状区域进行完全覆 盖，分别为1^1、1^2、1?3、1?4、1?5。10个用户随机分布在带状区域内，分别用. 1、]\11]2、]\11]3、]\11]4、 皿1]5、]\?] 6、]\?]7、]?1]8、]\11]9、]\11]1()表示。在初始状态，]\?] 1、]\?]2由中继站1?1服务，]\11]3由中继站1? 2月艮 务，MU4、MU5、MU6由中继站RS3服务，MU7由中继站RS4服务，MUs、MU 9、MU1()由中继站RS5服务，使用 穷举搜索方法调整间距d，在满足中继站间无干扰或者干扰可容忍以及保证频谱效率的同 时最大化能量效率，找到最优的中继站间距cf后，中继站个数确定为4个，不在中继站覆盖 范围内的用户则根据信噪比最大原则接入相应的中继站或者基站。所以，最后这样的部署 下，中继站RS 5被移除，用户MUi、MU2由中继站RSi服务，MU3、MU4由中继站RS 2服务，MU5、MU6由中 继站RS3服务，MU7、MU 8、MU9、MU1Q由中继站RS4服务。
【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Η进行分析，若是0<HS2r，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； (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cf。2. 根据权利要求1所述的节能的带状覆盖中继站部署方法，其特征在于，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。3. 根据权利要求1所述的节能的带状覆盖中继站部署方法，其特征在于，所述干扰权值 矩阵为其中i和f表示任意两个中继站，表示任意中继站i与J' 中继站司是否存在干扰的判断值，若存在干扰，则％=|，若不存在干扰或者干扰可容 忍，则乂 =%=0。4. 根据权利要求1所述的节能的带状覆盖中继站部署方法，其特征在于，所述判断蜂窝 中继网络是否达到频谱效率和能量效率平衡，依据以下原则： max %e其中，蜂窝中继网络的频谱效率为L =|(bib/J〇ulC);能量效率为(b/(s. HzP; τ是系统频谱效率的期望值;i和f表示任意两个中继站;义.表示任意两个中继站i与中继站 司的距离;dT2与dT1是预定义的上下干扰距离阀值。5. 根据权利要求1所述的节能的带状覆盖中继站部署方法，其特征在于，所述采用的穷 举搜索方法包括如下步骤： (1) 设定中继站的间距范围d e [r，D)，穷举搜索的步长为△ d，搜索次数为?= ，定 Ad 义j = 0，1，2，…，t，第j次的搜索距离为d( j) =r+j Δ d; (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 ，当各 < 心 < 冬2，则~;当4 4，则心=0;当0 < 4，则％ ; (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； (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： V J式中，Ni表示与第i个中继站相连的用户数，PR是中继站的发射功率，hi,1代表与第i个中 继站相连的第1个用户的信道系数，11;1为与第i个中继站相连的第1个用户受到其它中继站 的总干扰功率，σ 2为噪声功率； 基站的吞吐量为： 尸 -V J 式中，Νβ表示与基站相连的用户数，ΡΒ是中继站的发射功率，hj代表与基站相连的第j个 用户的信道系数； (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 = Nr( Δ rPr+Pr〇) + ( Δ βΡβ+Ρβο)④ 式中，Nr代表要部署的中继站个数；△ Β和△ R分别代表基站和中继站的功放效率，ΡΒ和PR 分别代表基站和中继站的发射功率，Pbq和Pro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(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￥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 % (7) 当找到中继站的最优间距d'则搜索结束。
【专利摘要】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。
【IPC分类】H04W16/18, H04W16/22
【公开号】CN105722101
【申请号】CN201610068534
【发明人】陈宏滨, 陈王凤, 常怡亮, 赵峰
【申请人】桂林电子科技大学
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年2月1日