也能够使整个异构网络系统的能量损耗最 小，以下进行说明。
[0086] 整个异构网络系统的能量损耗由处于活跃状态的宏基站和微基站的能量损耗两 个部分组成。记微基站的能量损耗是宏基站的1 (通过假设宏基站和微基站的能量损耗比 C 率等于他们的发射功率的比率来简化）。因此，得到整个异构网络系统的能量损耗最小的表 达式为：
[0087]
(18)
[0088] 其中，n表示覆盖概率的阈值，pdPP2分别表示宏基站和微基站的活跃概率阈值。
[0089] 如果忽略热噪声的影响，即使〇 - 0,公式（18)可以被简化为：
[0090]
(19)
[0091] 由于很难得到式（19)的最优闭式解，但是从上述公式可以知道整个系统的能量 损耗是0的单调增函数，换句话说，如果PSR系数0达到满足微基站层下行速率限制和覆 盖概率限制的最小值，即取值为S1所述的使整个异构网络系统覆盖概率最大的微基站层 的最优频谱复用因子时，整个系统的能量损耗最小，因此，采用前面从覆盖概率最大化的角 度出发求得的微基站层的最优频谱复用因子同时能够满足使系统能效最高的效果。
[0092] 优选地，图1所示方法中，S2具体包括以下步骤：
[0093] S21 :确定满足宏基站层与微基站层的最优活跃概率比r的宏基站层活跃概率pM 和微基站层活跃概率Pm;
[0094]S22:在当前异构网络中使宏基站和微基站分别以（l_pM)和（l-pm)的概率进行休 目民，并且微基站仅复用宏基站频谱的0部分。
[0095] 这样，本发明提供的方案通过最优微基站层的频谱复用因子0的求解，并将宏基 站层与微基站层的活跃概率比r与微基站层的频谱复用因子e结合起来得到最优的r， 实现最大化系统能量效率和基站覆盖概率的目的。
[0096]由前面的说明可知，本发明实施例提供的能量高效的频谱共享与基站休眠联合方 法通过采用使异构网络系统覆盖概率最大的微基站层的最优频谱复用因子0以及宏基站 层与微基站层的最优活跃概率比r来实现频谱共享与基站休眠的联合使用，该方案不仅 能够实现网络覆盖概率的最大化，在满足覆盖概率最大的同时，e和r的取值同样实现了 系统能耗最小化的目的，因此这种联合方法能够相对于现有技术极大地提高异构网络的能 量效率。此外，这种方法在提高能量效率的同时还能够实现不影响系统平均速率的有益效 果，以下对该有益效果进行分析说明。
[0097] 用户平均速率定义为：
[0098] t=E[ln(l+SINR)] (20)
[0099] 通过数学方法可推导得出宏基站和微基站的平均速率可以分别表示为：
[0108]
[0107] 如果忽略热噪声的影响，即0 -0,HetNets的用户平均速率可以简化为：
[0109]
[0110]其中，人=人M/Xm。通过数学方式可以证明上述宏小区层的用户平均速率是关于 0的单调减函数，而微小区层的用户平均速率是关于0的单调增函数。因为较小的0导 致较小的跨层干扰，所以在宏小区层我们可以观察到用户平均速率提高了。然而，在微小区 层的平均速率由于带宽减小（1- 0)的直接影响会受到显著减弱。换句话说，对于微小区 层来说，降低干扰所带来的增益完全被减少的带宽所破坏了。
[0111] 为了评估提出的方案对整个HetNets的影响，定义HetNets的平均速率为t= PM⑴tm+PJT) ，将公式（13)、（14)、（27)、（28)代入可得：
[0112]
[0113] 图4所示为微基站层的最优频谱复用因子0对用户平均速率的影响关系图，从图 4中可以很清楚的看出0对宏小区层和微小区层的影响是相反的。原因是较小的PSR系数 0意味着较小的跨层干扰，微小区层可以得到较大的平均速率。另一方面，微小区层只能利 用部分频谱，因此使平均速率严重减小。显然，减小干扰的影响是以牺牲带宽（1- 0)为 代价的，所以降低了平均速率。此外从图4还可以看出随0取值的变化整个网络的平均速 率几乎保持不变，这意味着本发明所提出的上述方案是可以节省网络的能量损耗而不影响 平均速率的。
[0114] 图5为现有技术和本发明所采用的方案的能量效率比较图。其中对以下4种情况 下的异构网络总体能量损耗进行了仿真：1)本发明提出的PSR和BSS两种方案的结合，2) 只采用PSR方案，3)只采用BSS方案，4)两种方案都不使用。从图5中可以看出使用本发 明所提供的方案比现有技术中单独使用两种方案中的一种节省的能量更多。
[0115] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种能量高效的频谱共享与基站休眠联合方法，其特征在于，包括： 确定使整个异构网络系统覆盖概率最大的微基站层的最优频谱复用因子β以及宏基 站层与微基站层的最优活跃概率比Γ ; 根据所述微基站层的最优频谱复用因子β以及宏基站层与微基站层的最优活跃概率 比r，同时实行频谱共享与基站休眠。2. 如权利要求1所述的能量高效的频谱共享与基站休眠联合方法，其特征在于，所述 整个异构网络系统覆盖概率取宏基站层覆盖概率和微基站层覆盖概率二者中的最小值，且 当所述宏基站层覆盖概率和微基站层覆盖概率相等时，所述整个异构网络系统覆盖概率最 大。3. 如权利要求2所述的能量高效的频谱共享与基站休眠联合方法，其特征在于，所述 微基站层的最优频谱复用因子β的确定方法为：在满足β l〇g2(l+T)彡w，β e (〇, 1]和 宏基站层覆盖概率等于微基站层覆盖概率的条件下，计算使宏/微基站层覆盖概率最大的 微基站层的频谱复用因子β的取值范围，并将该取值范围的下限值作为所述微基站层的 最优频谱复用因子β ;其中，T为给定的SINR阈值，w为微基站层的下行速率下限值。4. 如权利要求3所述的能量高效的频谱共享与基站休眠联合方法，其特征在于，当忽 略热噪声的影响时，所述宏基站层覆盖概率Pm(T)的计算方法为：所述微基站层覆盖概率Pm (T)的计算方法为：Xm、λΜ分别为当前异构网络中微基站、宏基站的密度；μ为宏基站的发射功率的倒 数，c为宏基站发射功率和微基站发射功率的比值；T为给定的SINR阈值；α为预定路径衰 落指数。5. 如权利要求4所述的能量高效的频谱共享与基站休眠联合方法，其特征在于，所述 微基站层的最优频谱复用因子β确定后，根据以下公式计算宏基站层与微基站层的最优 活跃概率比Γ :其中，λm、λM分别为当前异构网络中微基站、宏基站的密度；C为宏基站发射功率和微 基站发射功率的比值；T为给定的SINR阈值；α为预定路径衰落指数。6.如权利要求5所述的能量高效的频谱共享与基站休眠联合方法，其特征在于，所述 根据所述微基站层的最优频谱复用因子β以及宏基站层与微基站层的最优活跃概率比Γ 同时实行频谱共享与基站休眠，具体包括步骤： 确定满足所述宏基站层与微基站层的最优活跃概率比Γ的宏基站层活跃概率Ρμ和微 基站层活跃概率Pm; 在当前异构网络中使所述宏基站和微基站分别以（I-Pm)和（I-Pm)的概率进行休眠，并 且微基站仅复用宏基站频谱的β部分。
【专利摘要】本发明提供一种能量高效的频谱共享与基站休眠联合方法，用于解决现有技术中只采用单一的部分频谱共享PSR或基站休眠BSS策略提高异构网络能量效率，且这两种单一的方法对异构网路的能量效率提高效果不够显著的问题。本发明提供的方法包括步骤：确定使整个系统能量损耗最小的微基站层的频谱复用因子β；根据所述微基站层的频谱复用因子β，确定同时使宏基站层与微基站层覆盖概率最大化的宏基站层与微基站层的最优活跃概率比Γ。该方法通过优化PSR系数β，并将宏基站和微基站的活跃概率比与PSR系数β结合起来，使得在给定的信干噪比阈值条件下，宏基站层和微基站层的覆盖概率和能效最大化。
【IPC分类】H04W16/14, H04W52/02
【公开号】CN104883692
【申请号】CN201410821614
【发明人】张中山, 王敏, 柴晓萌, 隆克平
【申请人】北京科技大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年12月25日