一种蜂窝网基站和中继站频谱共享及功率分配方法
【专利摘要】本发明公开了一种蜂窝网基站和中继站频谱共享及功率分配方法，所述方法包括：将蜂窝中继网络的拓扑控制和数据传送分开处理；控制器通过拓扑控制面收集各小区信息并反馈给控制器的数据传送面；数据传送面计算接收信干比、数据传输速率和总功率消耗；在节点的最大功率约束、干扰功率约束和蜂窝中继网络的频谱效率约束下最大化蜂窝中继网络的能量效率，计算节点的发射功率并反馈给控制器的拓扑控制面；控制器的拓扑控制面管理用户的接入、流量分担、中继转发方式和转发协议，并调节发射功率。本发明利用频谱共享模型通过动态接入用户和调节发射功率，有效抑制小区间干扰和异构网络间干扰，达到频谱效率和能量效率的动态平衡。
【专利说明】一种蜂窝网基站和中继站频谱共享及功率分配方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动通信【技术领域】，具体涉及一种蜂窝网基站和中继站频谱共享及功率分配方法。
【背景技术】
[0002]小区间干扰是影响蜂窝网小区边缘用户吞吐量的主要因素，而小区边缘用户的性能是衡量蜂窝网性能的一个重要指标。另外，在蜂窝中继网络中，微蜂窝、家庭基站等和宏蜂窝共享频谱资源，会给宏蜂窝带来信号干扰。
[0003]随着用户数和业务量迅猛增长，未来蜂窝中继网络的拓扑结构将变得更加复杂、层次更多，站点也密集得多，它们服务的用户类型更多而且移动速度更快。在这样复杂的蜂窝中继网络中，传统的基于最优化理论的频谱共享模型及功率分配方法将难以同时达到频谱效率和能量效率目标，呈现扩展性和实时性差等问题。因此，有必要重新考虑复杂的蜂窝中继网络中基站和中继站的频谱共享模型及功率分配方法。
【发明内容】
[0004]针对蜂窝中继网络中基站和中继站的频谱共享模型及功率分配方法扩展性和实时性差的问题，本发明提供一种软件定义的蜂窝网基站和中继站频谱共享模型及功率分配方法，利用频谱共享模型通过动态接入用户和调节发射功率，有效抑制小区间干扰和异构网络间干扰，达到频谱效率和能量效率的动态平衡。
[0005]下面阐述本发明的技术方案。
[0006]一种蜂窝网基站和中继站频谱共享及功率分配方法，所述方法包括:
[0007]将蜂窝中继网络的拓扑控制和数据传送分开处理，用虚拟的控制器协调用户接入和功率控制；控制器通过拓扑控制面收集各小区信息并反馈给控制器的数据传送面；数据传送面计算接收信干比、数据传输速率和总功率消耗，得到蜂窝中继网络的频谱效率值和能量效率值；在节点的最大功率约束、干扰功率约束和蜂窝中继网络的频谱效率约束下最大化蜂窝中继网络的能量效率，计算节点的发射功率并反馈给控制器的拓扑控制面；控制器的拓扑控制面管理用户的接入、流量分担、中继转发方式和转发协议，并调节发射功率。
[0008]所述方法还包括:当用户和业务状况发生变化时，控制器通过拓扑控制面再次收集信息并反馈给数据传送面，数据传送面重新计算节点的发射功率并反馈给拓扑控制面，拓扑控制面据此调整用户的动态接入、流量分担、中继转发方式和转发协议，以及发射功率。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为蜂窝中继网络模型图。
[0010]图2为软件定义的蜂窝网基站和中继站频谱共享模型示意图。
[0011]图3为软件定义的蜂窝网基站和中继站功率分配方法示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细描述，有利于更好地理解本发明。
[0013](I)设蜂窝网中有N个小区，每个小区中心有一个配置多根天线的基站。第η个小区内有Kn个位置随机分布的中继站(η= 1，，N)，假设它们都只有一根天线。在时刻t，第η个小区内有Mn(t)个单天线用户，它们的位置是随机的、可能移动，另外用户数也随时间变化。蜂窝网的业务是突发性的。当某个用户有数据要发送时，它申请接入所在小区的基站或者中继站。如果所在小区的基站或者中继站负荷过大，它可以申请接入相邻小区的基站或者中继站。
[0014](2)在时刻t，某个用户可能直接向所在小区的基站发送数据，也可能通过小区内的中继站转发数据到基站(上行)，采用常见的中继转发协议如放大转发；某个基站可能直接向小区内的用户发送数据，也可能通过小区内的中继站转发数据给用户(下行)。它们采用的转发协议不一定相同，中继转发方式可能是全双工或者半双工的。各小区的上行和下行数据传送共享同一频带，即采用衬垫式频谱共享方案。但是，用户接入是动态的，不依据某种准则固定接入基站或者中继站，而是综合考虑基站和中继站的流量负荷、业务优先级、全/半双工限制、干扰功率约束。控制器通过拓扑控制面收集各小区中继站和用户位置、基站和中继站的接入量、业务级别、中继转发方式和转发协议、信道系数等信息并反馈给控制器的数据传送面。数据传送面计算接收信干比、数据传输速率和总功率消耗，进而得到蜂窝中继网络的频谱效率和能量效率。然后在节点的最大功率约束、干扰功率约束和蜂窝中继网络的频谱效率约束下最大化蜂窝中继网络的能量效率，计算得到节点的发射功率并反馈给控制器的拓扑控制面。
[0015](3)控制器的拓扑控制面管理用户的动态接入、流量分担、中继转发方式和转发协议，并调节发射功率。当用户和业务状况发生变化时，控制器通过拓扑控制面再次收集信息并反馈给数据传送面，数据传送面重新计算节点的发射功率并反馈给拓扑控制面。拓扑控制面据此调整用户的动态接入、流量分担、中继转发方式和转发协议，以及发射功率。依此类推，达到的频谱效率和能量效率平衡是动态的。
[0016]图1所示的蜂窝中继网络有3个小区，各小区分别有1、2、3个中继站。这3个小区的基站分别记为BSp BS2, BS3，各配置四根天线，它们的中继站分别记为RS^ RS2il,RSp'RSipRSw'RSw，都只有一根天线。某个时刻每个小区都有4个单天线用户，分别记为MSn；m(n = 1,2,3 ；m= I, 2，3，4)。各小区都只有下行数据传送。基站BS1通过中继站RS1, i向用户MSm转发数据，基站BS2通过中继站RSy和RS2，2分别向用户MS2;1和MS2，2转发数据，基站BS3通过中继站RS3;1、RS3，2和RS3，3分别向用户MS3;1、MS3，2和MS3，3转发数据，其它用户直接接收来自基站的数据。基站BSn到中继站RSn」_ (j = I或2或3)的信道系数记为hn，」，到用户MSn，m(m Φ j)的信道系数记为hn，m ;中继站RSn，」到用户MSn’j的信道系数记为gn，j。中继站的转发方式都是半双工的，采用放大转发协议。各小区的数据传送共享同一频带。
[0017]控制器通过拓扑控制面收集RS1,!、RS2j!、RS2j 2、RS3j!、RS3； 2、RS3,3 和 MSn，m 的位置 ^S1、BS2、BS3和RS1, 1、RS2jl, RS2j2, RS3；1>RS3；2> RS3j3的接入量；面向用户MSn，m的业务级别、信道系数hn」_、hn，m、gn,j等信息，并反馈给控制器的数据传送面。数据传送面计算用户MSn，m的接收信干比、数据传输速率和BSp BS2、BS3、RSljl, RS2j1, RS2j2, RS3，p RS3,2、RS3j3的功率消耗之和，进而得到蜂窝中继网络的频谱效率Hse(数据传输速率之和除以带宽)和能量效率Hee(数据传输速率之和除以功率消耗之和)。然后在基站和中继站的最大功率约束Pb，max_、干扰功率约束Ith和蜂窝中继网络的频谱效率约束Hse > Γ下最大化蜂窝中继网络的能量效率nEE，计算得到基站和中继站的发射功率Pb、已并反馈给控制器的拓扑控制面。当用户移动、业务到达变化时，控制器的拓扑控制面管理用户的动态接入、流量分担、中继转发方式和转发协议，并调节发射功率，重新达到频谱效率和能量效率平衡。
【权利要求】
1.一种蜂窝网基站和中继站频谱共享及功率分配方法，所述方法包括: 将蜂窝中继网络的拓扑控制和数据传送分开处理，用虚拟的控制器协调用户接入和功率控制； 控制器通过拓扑控制面收集各小区信息，并反馈给控制器的数据传送面； 数据传送面计算接收信干比、数据传输速率和总功率消耗，得到蜂窝中继网络的频谱效率值和能量效率值； 在节点的最大功率约束、干扰功率约束和蜂窝中继网络的频谱效率约束下最大化蜂窝中继网络的能量效率，计算节点的发射功率并反馈给控制器的拓扑控制面； 控制器的拓扑控制面管理用户的接入、流量分担、中继转发方式和转发协议，并调节发射功率。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括:当用户和业务状况发生变化时，控制器通过拓扑控制面再次收集信息并反馈给数据传送面，数据传送面重新计算节点的发射功率并反馈给拓扑控制面，拓扑控制面据此调整用户的动态接入、流量分担、中继转发方式和转发协议，以及发射功率。
3.根据权利要求1或2所述的方法，所述用户接入是综合考虑基站和中继站的流量负荷、业务优先级、全/半双工限制、干扰功率约束，不依据某种准则动态的接入用户。
4.根据权利要求1或2所述的方法，所述将蜂窝中继网络的拓扑控制和数据传送分开处理，是基于OpenFlow协议将网络设备的控制面和数据面分开处理。
5.根据权利要求1或2所述的方法，所述控制器通过拓扑控制面收集各小区信息，是指收集各小区中继站和用户位置、基站和中继站的接入量、业务级别、中继转发方式和转发协议、信道系数等信息。
【文档编号】H04W28/16GK104284373SQ201410508205
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】陈宏滨, 刘筱明, 谭松高, 赵峰 申请人:桂林电子科技大学