专利名称：两阶段协作多播方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于宽带无线通信协议及无线资源管理领域，尤其涉及两阶段协作多播方法。
背景技术：
传统多播是完全由基站主导的一对多传输方式，由于边缘用户距离基站距离太远，路径损耗非常厉害，所以边缘用户信号质量一般较差，为了保障边缘用户的服务质量，在传统多播中，基站需要以较大的功率来发送数据，这就造成了功率的浪费。协作多播技术的提出为有效解决能耗问题提供了一种可行的方案。其中两阶段协作多播因为其简单，易 实用，得到了广泛的研究。两阶段协作多播是将传统的多播时隙划分成两个时隙，在第一个时隙，由基站向小区中的用户进行多播服务，保障部分信道条件较好的用户的覆盖和服务，在协作多播的第二个时隙，从成功的用户中选择用户组成协作集合，然后为那些没有成功的用户提供服务，经过两阶段协作之后，整体上保障小区中用户的覆盖率。与传统多播相比，由于协作集合中用户在协作多播的第二阶段，充当起了发送的角色，所以发送端与用户的距离大大减小，从而大大减小了路径损耗,具有极大的节能潜力。但现有的方案都是研究如何通过两阶段协作多播来提高系统吞吐量，参考文献I中提出了两阶段协作多播，要求在多播的第一阶段，基站功率设定需要保障50%的覆盖率，之后由所有成功的用户组成协作集合，来为那些未成功的用户提供服务，从而保障小区中100%用户覆盖率。参考文献2针对参考文献I在用户个数比较多的时候，总功率开销过大的问题，提出了基于用户的信道条件的三种不同的中继优化选择算法，依次为用户信道条件最好，信道条件最差和随机选择三种策略。参考文献3给出了基于用户的位置信息和信道信息的中继选择优化算法，选择距离用户最近的中继为其提供服务，该方案在用户个数较多的时候，能耗开销依然很大。参考文献4基于某个中继周围未成功用户的分布情况来选择中继，在保障系统吞吐量不变的情况下，相对于上面提到的方法，其系统总能耗下降约10%。但是，在参考文献1，2，3，4中，在小区中用户个数很多的情况下，多播协作的第二阶段中协作集合中的用户个数过多，从而导致系统总能耗严重偏高。另外在参考文献1，2，3，4中最终的目标是要保障100%的覆盖率，在实际系统中，这是完全不现实的。本文所引用的参考文献列表如下参考文献1:F. Hou, L. Cai, P. H. Ho, X. Shen and J. Zhang, "A cooperativemulticast scheduling scheme for multimedia services in IEEE802. 16networks, 〃IEEETransactions on Wireless Communications, vol. 8, no. 3, pp. 1508-1519,Mar.2009.参考文献2:N.Guan，Y. Zhou, H. Liu, L. Tian and J. L. Shi，"An EnergyEfficient Cooperative Multicast Transmission Scheme with Power Control, 〃IEEEGL0BEC0M2011, pp. 1-5, Dec. 2011.
参考文献3 :S. M. Elrabiei and M. H. Habaebi, "Energy efficient cooperativemulticasting for MBS WiMAX traffic, 〃20105th IEEE International Symposium onWireless Pervasive Computing (ISffPC), pp. 600-605, 5-7May2010.参考文献4 :J. Lee, Y. M. Lim, K. Kim and S. G. Choi, "Energy EfficientCooperative Multicast Scheme Based on Selective Relay, 〃IEEE Communications Letters, vol. 16, no. 3, pp. 386-388，Mar. 2012.
发明内容
因此，本发明重点考虑在用户个数较多的场景下，以保障95%覆盖率为目标，提供一种节能的两阶段协作多播方法，以在高密度情况下有效地降低基站功耗和系统的总功耗。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一方面，本发明提供了一种两阶段协作多播中确定最优基站发射功率和理想中继部署方案的方法，所述方法包括步骤a)对于给定的小区半径R和要达到的覆盖率Cth，分别获取在保障覆盖率达到Cth的传统多播情况下，基站要达到有效覆盖半径为R和0.1R所必须的发射功率Pmax和
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1 mm，步骤b)对于给定的基站发射功率Pbs,。确定在小区半径为R时要达到覆盖率Cth所需的中继部署方案，并计算采用该基站发射功率和所述中继部署方案进行两阶段协作多播的总功耗；其中，基站发射功率PBS，。的值从Pmin开始，每次增加0. OldBm,直到PBS，。的值达到Pmax为止；步骤c)将最小总功耗所对应的基站发射功率和其相应的中继部署方案作为最优基站发射功率和理想中继部署方案。上述方法中，所述步骤b)可包括步骤bl)对于给定的要达到的覆盖率的阈值Cth，计算当基站以功率Pbs，。发送数据时的有效覆盖半径PBS，C;步骤b2)将Rbs,。到R之间的区域划分成了多个环状区域，在每个环状区域内均匀地部署中继，不同环内的中继对应覆盖相应的扇区夹角为0 i的曲边梯形区域，满足
权利要求
1.一种两阶段协作多播中确定最优基站发射功率和理想中继部署方案的方法，所述方法包括步骤a)对于给定的小区半径R和要达到的覆盖率Cth，分别获取在保障覆盖率达到Cth 的传统多播情况下，基站要达到有效覆盖半径为R和O.1R所必须的发射功率Pmax和Pmin ；步骤b)对于给定的基站发射功率Pbs,。确定在小区半径为R时要达到覆盖率Cth所需的中继部署方案，并计算采用该基站发射功率和所述中继部署方案进行两阶段协作多播的总功耗；其中，基站发射功率PBS，。的值从Pmin开始，每次增加O. OldBm,直到PBS，。的值达到Pmax 为止；步骤c)将最小总功耗所对应的基站发射功率和其相应的中继部署方案作为最优基站发射功率和理想中继部署方案。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤b)包括步骤bl)对于给定的要达到的覆盖率的阈值Cth，计算当基站以功率PBS，C发送数据时的有效覆盖半径Rbs，c ;步骤b2)将Rbs,。到R之间的区域划分成了多个环状区域，在每个环状区域内均匀地部署中继，不同环内的中继对应覆盖相应的扇区夹角为Θ i的曲边梯形区域，满足sin^/2) ..............t 、并且，对于所有的环，要求满足
3.根据权利要求2所述的方法，所述步骤b3)中对于给定的基站发射功率Pbs,。，所述中继部署方案为完成覆盖小区且达到覆盖率Cth完成覆盖所需的环数为M ；h在第i个环形内所需的中继个数为=在第i个环形内中继的安置半径和夹角满足
4.一种两阶段协作多播方法，所述方法包括步骤I)，采用上述权利要求所述的方法获取要达到预定覆盖率所需的最优基站发射功率以及理想的中继位置；步骤2)将基站的发射功率设置为所述最优基站发射功率，进行第一阶段的多播；步骤3)基于所述理想的中继位置来选择中继，进行第二阶段的多播。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述步骤3)包括选择距离理想的中继位置最近的一个成功用户作为协作多播第二阶段的中继。
6.根据权利要求5所述的方法，所述步骤3)包括对于MXN的矩阵中，矩阵行的编号表示所需要的M个理想中继，矩阵的列标号对应的经过第一阶段传输之后的所有的成功点的编号，矩阵中的元素Dy.表示的某第j个成功用户到第i个理想中继的距离，执行下列步骤步骤31)求解min(Du)，如果最小值等于c ，结束该算法；如果最小值不等于c ，记录相应的行标号i和列标号j ;如果最小值有多个相同值，记录最小行标号所对应的一个最小值，并记录行号和列号；则用第j个成功用户来替代第i个理想中继；步骤32)将矩阵Dy.对应的i行j列元素置成c ，然后返回步骤31)。
7.—种两阶段协作多播系统，所述系统包括计算模块，用于采用如权利要求1、2或3所述的方法获取要达到预定覆盖率所需的最优基站发射功率以及理想的中继位置；基站，所述基站以最优基站发射功率作为基站的发射功率，进行第一阶段的多播；以及中继选择模块，用于基于理想的中继位置来选择中继，以进行第二阶段的多播。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述中继选择模块选择距离理想的中继位置最近的一个成功用户作为协作多播第二阶段的中继，以进行第二阶段的多播。
全文摘要
本发明提供了节能的两阶段协作多播方法和系统，首先计算获取要达到预定覆盖率所需的最优基站发射功率以及理想的中继位置；然后，将基站的发射功率设置为所述最优基站发射功率，进行第一阶段的多播，并基于所述理想的中继位置来选择中继，进行第二阶段的多播。该方法在高用户密度场景下，可以极大地降低系统总功耗和基站的功耗。
文档编号H04W52/02GK103002462SQ20121059275
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者周一青, 刘航, 田霖, 陈海华, 石晶林 申请人:中国科学院计算技术研究所