申请/专利权人：燕山大学

申请日：2018-06-15

公开（公告）日：2021-07-20

公开（公告）号：CN108966248B

主分类号：H04W24/02(20090101)

分类号：H04W24/02(20090101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.07.20#授权;2019.01.01#实质审查的生效;2018.12.07#公开

摘要：本发明公开了一种能够在应用毫米波无线回程系统中的毫米波回程优化方法，建立大规模多输入多输出和密集小蜂窝的两层的异构网络系统；宏基站MBS和基站BS之间采用毫米波频段的通信波，基站和用户间采用毫米波进行无线回程通信；用户通过无线功率传输设备从基站获取能量；计算系统中毫米波无线回程的功率损耗和能量效率；在采用毫米波回程优化方案的系统中计算功率损耗和能量效率；对上述步骤进行对比，得到最优的结果。本发明具有减少通信干扰、提高频谱效率和能量效率等优点。

主权项：1.一种能够在应用毫米波无线回程系统中的毫米波回程优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：建立大规模多输入多输出和密集小蜂窝的两层的异构网络系统；网络系统中的下行链路的总能量为： 其中，E为系统的总能量，Ei为下行链路中每个蜂窝网得到的能量，E′j为宏用户所获得的能量；步骤二：宏基站MBS和基站BS之间采用蜂窝频段的通信波，基站和用户间采用毫米波进行无线回程通信；步骤三：用户通过无线功率传输设备从基站获取能量；分散在小蜂窝网的用户SU可以从基站获取的能量为Es；步骤四：计算系统中毫米波无线回程的功率损耗和能量效率；α＝EiEi+εΔEbs，β＝EsEs+εΔEs，θ＝E′jE′+εΔEm，η＝α+β+θ；其中ΔEbs为宏基站到小蜂窝基站之间的传输单位数据的能量损耗，ΔEs为小蜂窝基站到小蜂窝网用户SU之间的传输单位数据的能量损耗，ΔEm为宏基站到宏用户MU之间的传输单位数据的能量损耗，ε代表一个常数；α代表宏基站到小蜂窝基站之间的能量效率，β代表小蜂窝基站到小蜂窝网用户之间的能量效率，θ代表宏基站到宏用户之间的能量效率，η代表系统总的能量效率；步骤五：在采用毫米波回程优化方案的系统中计算功率损耗和能量效率；采用优化方案之后的结果为α′、β′、θ′，η′＝α′+β′+θ′；其中α′为优化后宏基站到小蜂窝基站之间的能量效率，β′为优化后小蜂窝基站到小蜂窝网用户之间的能量效率、θ′为优化后宏基站到宏用户之间的能量效率，η′为优化后系统总的能量效率；步骤六：对比步骤4和步骤5，得到最优的结果。

全文数据：能够在应用毫米波无线回程系统中的毫米波回程优化方法技术领域[0001]本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及到网络中应用到毫米波波段进行通信资源的无线回程系统。背景技术[0002]随着互联网以及通信技术的发展，先进通信设备如智能手机，平板电脑和笔记本电脑等和多媒体服务的快速普及，一些业内和学术界专家预测到2020年移动数据传输需求将增长1000倍。虽然现代无线通信系统不断在改变我们的日常生活，甚至改变我们的行为习惯，但是在通信系统中无线回程的载波问题以及回程信道的传输功率最优化仍是阻碍通信技术发展的一个问题。另一方面，4G通信技术的不断发展成熟却也有局限性，在这一背景下，为了满足广大消费者的需求，以及解决4G通信网络的局限性，关于5G通信发展的技术也是呼之欲出，所以5G通信技术的研究过程中也有许多问题应运而生。[0003]通信系统的网络结构首先将会是研究者们着手研究的热点问题之一。mMIM0massiveMultiple-InMultiple-Out,大规模多输入多输出）技术和密集的小蜂窝网络结合是未来通信网络中实现信息高速传输的网络系统架构之一。大规模多输入多输出就是利用几十到几百个个天线组成阵列，同时为几十个终端进行数据传输技术。大规模多输入多输出技术的出现促进了未来宽带无线通信技术的发展，使得无线通信系统能量效率更高、频谱利用率更高、安全可靠性更强。超密集小蜂窝部署于传统的宏蜂窝之上，小蜂窝能为附近众多用户提供服务。这种技术主要依赖于低成本低功率的基站，其拥有更高的密度和更强的用户负载，使得基站和用户中断距离更近，增加了区域吞吐量，降低了信号发射功率，减轻了宏蜂窝基站负载。[0004]宏基站配备了大量天线以支持高机动性的宏用户和管理资源分配，而小蜂窝基站部署了少量的天线来服务于低机动性的小蜂窝用户。除了密集的小蜂窝部署之外，探索额外可用的频谱也是提高系统性能的有效方法。无线回程的两个理想频段:一是蜂窝频段，一是毫米波。由于毫米波不适合长距离传输，因此，把毫米波作为系统内的通信波是在众多电磁波之间最好的选择之一。毫米波通信的优点:①可用频带极宽，通常认为毫米波频率范围为26.5-300GHZ，带宽高达273.56Hz。②波束窄，在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄的多。③与激光相比，毫米波的传播受气候的影响要小得多，可以认为具有全天候特征。④和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多，因此毫米波系统更容易小型化。因此对毫米波通信无线回程的研究是提高系统能量效率的手段之一。发明内容[0005]本发明目的在于提供一种减少通信干扰、提高频谱效率和能量效率的能够在应用毫米波无线回程系统中的毫米波回程优化方法。[0006]为实现上述目的，采用了以下技术方案:本发明所述方法包括以下步骤：[0007]步骤1，建立大规模多输入多输出和密集小蜂窝的两层的异构网络系统；[0008]步骤2,宏基站MBS和基站BS之间采用毫米波频段的通信波，基站和用户间采用毫米波进行无线回程通信；[0009]步骤3,用户通过无线功率传输设备从基站获取能量；[0010]步骤4,计算系统中毫米波无线回程的功率损耗和能量效率；[0011]步骤5,在采用毫米波回程优化方案的系统中计算功率损耗和能量效率；[0012]步骤6，对比步骤4和步骤5，得到最优的结果。[0013]进一步的，步骤1中建立的网络系统中的下行链路的总能量为：[0014][0015]其中，E为系统的总能量，Ei为下行链路中每个蜂窝网得到的能量，Ej为宏用户所获得的能量。[0016]进一步的，步骤3中，分散在小蜂窝网的用户SU可以从基站获取的能量为Es。[0017]进一步的，步骤4中，ΔEbs、ΔEs和ΔEm为传输单位数据的能量损耗，[0018]α=ΕΐEi+εΔEbs[0019]P=EsEs+εΔEs[0020]Θ=Ε7jCE7j+εΔΕιή[0021]η=α+β+θ[0022]其中，ΔEbs为宏基站到小蜂窝基站之间的传输单位数据的能量损耗，ΔEs为小蜂窝基站到小蜂窝网用户SU之间的传输单位数据的能量损耗，AEm为宏基站到宏用户MU之间的传输单位数据的能量损耗，ε代表一个常数;α代表宏基站到小蜂窝基站之间的能量效率，β代表小蜂窝基站到小蜂窝网用户之间的能量效率，Θ代表宏基站到宏用户之间的能量效率，η代表系统总的能量效率。[0023]进一步的，步骤5中，应用优化方案之后的结果为CiWd';[0024]V[0025]其中，V为优化后宏基站到小蜂窝基站之间的能量效率;β为优化后小蜂窝基站到小蜂窝网用户之间的能量效率;θ'为优化后宏基站到宏用户之间的能量效率;V为优化后系统总的能量效率。[0026]与现有技术相比，本发明具有如下优点：[0027]1、提升用户体验，在宏基站与密集部署的小蜂窝网络系统中，为用户进行合理的资源分配，在优化阶段，将全面考虑功率损耗和信道干扰问题，减少通信干扰，提高能效。降低整体的能耗。[0028]2、解决传输过程中资源分配的问题，提高频谱效率和能量效率，减少通信之间的干扰和能耗的问题。附图说明[0029]图1为本发明的系统模型。[0030]图2为本发明的具体流程图。[0031]图3为本发明中具有资源分配优化算法的流程图。具体实施方式[0032]下面结合附图对本发明做进一步说明：[0033]图1为本发明的系统模型。图1呈现了一个宏基站和小蜂窝组成的两层异构网络系统。在系统结构中，有一个宏基站MBS和若干个小蜂窝微基站SBS，其中宏基站有大量的天线，微基站只有一个天线。宏基站服务于宏用户MU和若干个小蜂窝网的微基站，每个小蜂窝微基站服务于一个移动终端SU。[0034]图2为本发明的具体方法流程，主要包括以下几个步骤：[0035]步骤1，建立大规模多输入多输出和密集小蜂窝的两层的异构网络系统；[0036]网络系统中的下行链路的总能量为：[0037][0038]其中，E为系统的总能量，Ei为下行链路中每个蜂窝网得到的能量，Ej为宏用户所获得的能量。[0039]步骤2,宏基站MBS和基站BS之间采用毫米波频段的通信波，基站和用户间采用毫米波进行无线回程通信；[0040]步骤3,用户通过无线功率传输设备从基站获取能量;分散在小蜂窝网的用户SU可以从基站获取的能量为Es。[0041]步骤4,计算系统中毫米波无线回程的功率损耗和能量效率；[0042]ΔEbs、ΔEs和ΔEm为传输单位数据的能量损耗，[0043]Q=EiEi+εAEbs[0044]P=EsEs+εΔEs[0045]Θ=Ε7jCE7j+εAEm[0046]η=α+β+θ[0047]其中，ΔEbs为宏基站到小蜂窝基站之间的传输单位数据的能量损耗，ΔEs为小蜂窝基站到小蜂窝网用户SU之间的传输单位数据的能量损耗，AEm为宏基站到宏用户MU之间的传输单位数据的能量损耗，ε代表一个常数;α代表宏基站到小蜂窝基站之间的能量效率，β代表小蜂窝基站到小蜂窝网用户之间的能量效率，Θ代表宏基站到宏用户之间的能量效率，η代表系统总的能量效率。[0048]步骤5,在采用毫米波回程优化方案的系统中计算功率损耗和能量效率；[0049]应用优化方案之后的结果为a4:0;[0050][0051]其中，V为优化后宏基站到小蜂窝基站之间的能量效率;β为优化后小蜂窝基站到小蜂窝网用户之间的能量效率;θ'为优化后宏基站到宏用户之间的能量效率;V为优化后系统总的能量效率。[0052]步骤6，对比步骤4和步骤5，得到最优的结果。[0053]如图3所示，在算法开始后，判断小蜂窝用户获取的能量Es是否大于零，若大于零，则采用优化算法进行毫米波通信优化方案下的功率损耗和能量效率的测试和计算，然后得出最优结果。否则，结束循环。[0054]以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

权利要求：1.一种能够在应用毫米波无线回程系统中的毫米波回程优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，建立大规模多输入多输出和密集小蜂窝的两层的异构网络系统；步骤2,宏基站MBS和基站BS之间采用毫米波频段的通信波，基站和用户间采用毫米波进行无线回程通信；步骤3,用户通过无线功率传输设备从基站获取能量；步骤4，计算系统中毫米波无线回程的功率损耗和能量效率；步骤5,在采用毫米波回程优化方案的系统中计算功率损耗和能量效率；步骤6，对比步骤4和步骤5，得到最优的结果。2.根据权利要求1所述的能够在应用毫米波无线回程系统中的毫米波回程优化方法，其特征在于，步骤1中建立的网络系统中的下行链路的总能量为：其中，E为系统的总能量，Ei为下行链路中每个蜂窝网得到的能量，Ej为宏用户所获得的能量。3.根据权利要求1所述的能够在应用毫米波无线回程系统中的毫米波回程优化方法，其特征在于:步骤3中，分散在小蜂窝网的用户SU可以从基站获取的能量为Es。4.根据权利要求1所述的能够在应用毫米波无线回程系统中的毫米波回程优化方法，其特征在于:步骤4中，ΔEbs、ΔEs和ΔEm为传输单位数据的能量损耗，Q=EiEi+εAEbsP=EsEs+εΔEsθ=Ε^'Ε^·+εAEmη=α+β+θ其中，ΔEbs为宏基站到小蜂窝基站之间的传输单位数据的能量损耗，ΔEs为小蜂窝基站到小蜂窝网用户SU之间的传输单位数据的能量损耗，AEm为宏基站到宏用户MU之间的传输单位数据的能量损耗，ε代表一个常数;α代表宏基站到小蜂窝基站之间的能量效率，β代表小蜂窝基站到小蜂窝网用户之间的能量效率，Θ代表宏基站到宏用户之间的能量效率，η代表系统总的能量效率。5.根据权利要求1所述的能够在应用毫米波无线回程系统中的毫米波回程优化方法，其特征在于:步骤5中，应用优化方案之后的结果为、β、θ;η7=；其中，为优化后宏基站到小蜂窝基站之间的能量效率;β为优化后小蜂窝基站到小蜂窝网用户之间的能量效率;θ'为优化后宏基站到宏用户之间的能量效率;V为优化后系统总的能量效率。

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