专利名称：一种降低宽带接入网功耗的资源优化方法
技术领域：
本发明涉及一种绿色通信领域中的资源优化技术，尤其是涉及一种降低宽带接入网功耗的资源优化方法。
背景技术：
近年来，实现通信行业的节能减排，推动绿色通信产业的快速发展，已成为全球通信发展的一个目标。国际能源组织近期给出的统计数据显示，从1973年至2006年，全球能源消耗及二氧化碳排放量增幅分别高至73%和78%。能源的过度消耗及温室气体的大量排放对环境造成了一系列不容忽视的问题。因而，减少能源消耗保护环境已成为全人类的重要任务。面对这一日益严峻的实际问题，全球电信及网络运营商与设备生产商都积极响应绿色通信的号召，以节能减排、减少环境污染、资源浪费以及对人体和环境危害的新一代通信理念为指导，主要采用创新的高效功放、多载波、分布式、智能温控等技术，达到降低能耗的目的，最终实现人与自然和谐相处，实现可持续发展。现代通信系统一般可以分为三个部分接入网、骨干网及传输网。其中，在各类不同环境下的通信系统中，接入网设备的能耗占三部分总能耗的比重均在50%以上。更具体的，大多数的无线站点的功耗占取整个通信系统的70%以上。虽然有线宽带接入设备的功耗比无线基站设备的功耗偏低，但在整个通信系统中的比重也在40%以上。因而在绿色通信的相关研究中，对有线宽带接入网系统能量有效利用的研究与开发是很重要的一部分。作为宽带接入技术的一个主要代表，数字用户线路接入(DSL，Digital Subscriber Line)技术一直占有较大的市场份额。技术逐步完善的超高速数字用户线路 (VDSL, Very High Bit-rate DSL)技术，在30MHz带宽内可以为用户提供上下行均100Mbps 的数据速率。与非对称数字用户线路(ADSL，Asymmetric Digital Subscriber Line)技术一样，VDSL技术采用离散多音频调制来实现无码间干扰传输，以提高频带利用率，同时在VDSL技术中也采用频分双工技术来解决多用户系统中用户之间的近端串音问题。但与 ADSL技术不同的是，VDSL系统中线路长度较短，这就使得远端串音问题成为影响系统性能的主要因素。动态频谱管理(DSM，Dynamic Spectrum Management)方法一直被作为减少或抑制远端串音，提高系统性能的有效方法。但是在绿色通信节能减排、减少资源浪费的新标准下，动态频谱管理问题的建立也应相应的发生变化。传统的频谱管理方法未考虑功率节约指标，只追求系统速率的最大化。然而，一方面高清视频等主流业务只要求速率能够稳定在某特定值，另一方面，通过减小系统的发送功率可以有效的降低整个系统的总功耗。这一事实为利用动态频谱管理方法来降低系统能耗提供了重要依据。John Μ· Cioffi 等人在 2002 年发表的《Distributed Multiuser Power Control for Digital Subscriber Lines》(DSL中的分布式多用户功率控制)一文中提出的一种迭代注水(IWF，Iterative Water-Filling)算法是最早出现的与功率控制相关的动态频谱管理方法，该算法中各用户间不需要交流任何信息，完全自主的加载各子载波功率，直到达到目标速率为止，这种情况下系统结构简单，用于控制的信道开销较小，但一方面该算法在有远近效应的系统中，性能较差的线路速率只能达到一个较小的值，以至于不能满足许多业务的需求，另一方面，它属于直接降低功率约束上限的速率最大化的方法，从优化模型的角度讲，不属于能量有效性算法。随着绿色通信标准的日益普及，有必要探讨直接以功率有效性为目标的频谱管理问题及相应算法，维也纳通信研究中心的Martin Wolkerstorfer 等成员在 2008 年发表白勺((Dynamic Spectrum Management for Energy-Efficient Transmission in DSL》(DSL中高能效传输的动态频谱管理算法)中提出了能量有效性频谱平衡(EESB，Energy Efficient Spectrum Balancing)算法，验证了可以利用基于功率有效的动态频谱管理算法来有效降低系统能耗，但该算法是一种中心式能量有效算法，系统复杂性较高，运算较复杂。同速率最大化的动态频谱管理方法即迭代注水算法一样，中心式能量有效算法由于需要频谱管理中心(SMC，Spectrum Management Center)来计算和更新所有用户的频谱和比特加载信息，因此极大地限制了其在实际系统中的实施
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种系统复杂度低、运算过程简便，且能够有效降低宽带接入网功耗的资源优化方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种降低宽带接入网功耗的资源优化方法，其特征在于包括以下步骤①假定多用户DSL系统拥有包含有U对双绞线的单电缆包和K个相互独立的子载波，将多用户DSL系统中的第k个子载波的输入输出模型表示为Yk = HkXk+Zk，V/te￡，其中， U为大于等于2的正整数，K为大于1的正整数，表示U个用户在多用户DSL 系统中的第k个子载波上传输的信号矢量，[4,4,...,<]1为[4,4,...,<]的转置矩阵，4表示第ι 个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上传输的信号，X〗表示第2个用户在多用户DSL 系统中的第k个子载波上传输的信号，<表示第U个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上传输的信号，Hk为包含信道衰落参数和串音信道参数的UXU阶矩阵，Zk表示多用户 DSL系统中的第k个子载波上的噪声矢量，Yk表示多用户DSL系统中的第k个子载波上接收到的信号矢量；②根据高斯信道的容量公式，当多用户DSL系统中的第k个子载波上传输的信号功率矢量为Sit = Dsi彳,...,《]时，计算第u个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上能够 加载的最大比特数，记为
权利要求
1. 一种降低宽带接入网功耗的资源优化方法，其特征在于包括以下步骤①假定多用户DSL系统拥有包含有U对双绞线的单电缆包和K个相互独立的子载波， 将多用户DSL系统中的第k个子载波的输入输出模型表示为Yk = HkXk+Zk，V/te￡，其中，U 为大于等于2的正整数，K为大于1的正整数，Xt=[4,XK]T表示U个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上传输的信号矢量，为[4,χ〖,...,χΠ的转置矩阵，4表示第ι个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上传输的信号，X〗表示第2个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上传输的信号，<表示第U个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上传输的信号，Hk为包含信道衰落参数和串音信道参数的UXU阶矩阵，Zk表示多用户DSL 系统中的第k个子载波上的噪声矢量，Yk表示多用户DSL系统中的第k个子载波上接收到的信号矢量；②根据高斯信道的容量公式，当多用户DSL系统中的第k个子载波上传输的信号功率矢量为=时，计算第u个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上能够加载ιCu Su的最大比特数，记为u K = l0g(1 + F Xσ ) (bit/符号)，其中，1表示第1个用户在K ‘_sk多用户DSL系统中的第k个子载波上传输的信号功率，<表示第2个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上传输的信号功率，《表示第U个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上传输的信号功率，1 ^u^U, Γ表示信噪比差值，其用于衡量香农信道容量和信道实际传输能力之间的差距，<表示第u个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上传输的信号功率，衫表示第j个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上传输的信号功率， 1彡j彡U，印“=\H;-\2 ,Gl- = \H;-\2 ’Hr表示第u个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上的脉冲响应，圮"表示第j个用户对第u个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上引起的串音，“ I I ”表示取模运算符号，σ；表示第u个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上传输的噪声功率；③在多用户DSL系统中构建一个能量有效动态频谱管理模型，将其表示为m inZ Z sIS^ ukSJ义Κ ‘ R"u ？U&U，然后遍历选取ω。的值获取多用户DSL系统的信号+> buk, Vm e U,Vk e Kbuk e Buk,yu e U,/k e K功率域，其中，表示针对信号功率的加权因子，Ou >0，Ru表示第U个用户的数据传输速率，μ表示第u个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上的增益，《=Σ0;-χ+σ‘Skj却砹=
表示第U个用户在多用户DSL系统中的第k个子载波上能够加载的比特数的集合，bmax > 0，min()为取最小值函数；④针对能量有效动态频谱管理模型，向其引入一个用于抑制线路性能较优的用户贪婪加载比特数的约束因ef/,VAe足，同时令《u= l，VMe[/，获得能量有效动态频谱管理模型的优化模型，将其表示为
2.根据权利要求1所述的一种降低宽带接入网功耗的资源优化方法，其特征在于所述的步骤③中bmax = 15。
全文摘要
本发明公开了一种降低宽带接入网功耗的资源优化方法，它包括以下步骤构建一个能量有效动态频谱管理模型，并向其引入用于抑制性能较优的用户贪婪加载比特数的约束因子得到优化模型，然后利用对偶理论并引入拉格朗日变量，得到优化模型的拉格朗日对偶模型，再通过构建用于量化不同用户的比特数加载之间的补偿关系的代价表获取约束因子，最后根据约束因子获得速率满足下限约束条件下的最小化的总信号功率，优点在于仅需利用目标数据传输速率和线路性能优劣选取适当的约束因子，而无需参与迭代过程，因此大大降低了运算的复杂度，同时本发明方法与能量有效性频谱平衡算法的功率消耗十分相近，满足了绿色通信节能减排目标，且具有很好的可实现性。
文档编号H04L12/24GK102437930SQ20111043392
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者吕艳娟, 朱星, 李有明, 王炯滔, 赵翠茹 申请人:宁波大学