[发明专利]一种无线通信系统频谱效率和能量效率的优化方法

权利要求书

1.一种无线通信系统频谱效率和能量效率的优化方法，其特征是，包括：

对系统的小区内干扰和小区间干扰进行分析，确定中继站数量、发射功率、放大增益、信道系数、干扰信号、接收信号的相互关系表达式，构建能在保证系统频谱效率的同时最大化系统能量效率的频谱效率和能量效率平衡基本算法模型；

根据所述频谱效率和能量效率平衡基本算法模型，进行中继站优化部署，确定中继站的数量和位置。

2.根据权利要求1所述的一种无线通信系统频谱效率和能量效率的优化方法，其特征是还包括：

根据业务流量进行基站和中继站联合休眠调度，控制各个基站和中继站的工作状态和休眠状态。

3.根据权利要求2所述的一种无线通信系统频谱效率和能量效率的优化方法，其特征是还包括：

进行基站和中继站优化频谱共享，在频谱共享的基础上，控制基站的发射功率和中继站的放大增益，保证系统频谱效率同时最大化系统能量效率。

4.根据权利要求1-3之一所述的一种无线通信系统频谱效率和能量效率的优化方法，其特征是，所述的中继站数量、发射功率、放大增益、信道系数、干扰信号、接收信号的相互关系表达式包括：

与基站直接连接的用户接收到的信号强度为

                        

中继站接收到的信号强度为

                                 

其中是第个小区基站的发射功率，第个小区有一个基站，个中继站和个用户（），是第个小区基站的发射信号，是第个小区内从基站到第个用户的信道系数，是第个小区内从基站到第个用户的信道系数，是第个小区内从基站到第个中继站的信道系数，和都是均值为零、方差为的加性高斯白噪声；，对于所有的；

只考虑小区内干扰时，未和基站直接连接的用户接收到的信号表示为

                                        

其中是第个中继站的放大增益，是第个中继站到和它连接的用户的信道系数，是均值为零、方差为的加性高斯白噪声，是第个小区相对于第个中继站的总干扰信号，方差为；

同时考虑小区内干扰和小区间干扰时，未和基站直接连接的用户接收到的信号强度为

                                         

其中是相邻小区相对于第个小区内第个中继站所连接用户的总干扰信号，方差为；

其中第个小区内，和基站直接连接的用户的接收信噪比按下式计算：

                                       

第个小区内，未和基站直接相连的用户的接收信噪比按下式计算：

所述的频谱效率和能量效率平衡基本算法模型为：

                                            

其中是期望达到的系统频谱效率值，为系统频谱效率，为系统能量效率； 为系统的总吞吐量；

为系统的总功率消耗，其中是每次信号传输的电路功耗；

为系统占用的总带宽，其中为第个小区使用的频带宽度；

  为第个小区的总吞吐量；

根据权利要求1-3之一所述的一种无线通信系统频谱效率和能量效率的优化方法，其特征是，所述中继站优化布署包括：

(1)建立信道系数和中继站位置关系的数学模型；

(2)建立频谱效率、能量效率和中继站数量、位置之间的关系表达式为

                                                   

其中是第个小区内基站和第个中继站之间的距离，是第个小区内第个中继站和它所连接的用户之间的距离；

(3)采用一次性布署或者贪婪部署的方式进行中继站位置部署；

所述一次性部署的方式包括：

采用穷举搜索的方法或采用粒子群优化算法，找到的优化值；

所述采用粒子群优化算法包括：

将所有中继站的集合看做一个粒子，其位置向量表示为

，其中和分别是第个小区内第个中继站的横坐标和纵坐标；

粒子群优化的状态更新过程如下：

                                                                               

其中是二维的速度向量，表示第步迭代，和分别是自学习率和互学习率，是服从均匀分布的一个随机数，是某步迭代后的最优值，是迭代到目前为止的最优值，的初始值要取小的正值；

逐步迭代直到不再增加，在迭代的过程中检验参数值是否满足的约束条件，当不满足时，对进行修正；在允许的值范围内，对每个值都执行一次粒子群优化算法，然后比较得到全局最优的中继站数量和位置；

所述贪婪部署的方式包括：

从其中一个小区开始逐个加入中继站，第一个中继站部署时，根据所述频谱效率和能量效率平衡基本算法模型，以及保证系统频谱效率同时最大化系统能量效率的准则，确定其与小区内每一个用户连接时的最优位置，然后进行比较，确定它应该连接的用户和位置，后续中继站在前面已部署中继站的基础上，与剩余的各个用户连接，按同样的方式分别确定其应该连接的用户和位置，其他小区的中继站的部署依此类推，依次完成各个小区的中继站部署。