[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

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术，尤其是涉及一种无线通信系统频谱效率和能量效率的优化方法。 

背景技术

在蜂窝中继网络领域，国内外众多学者取得了大量技术成果。例如，Le等比较了多跳蜂窝网络不同架构的优缺点并且提出一种资源分配算法。Sydir等论述了在蜂窝网络中部署中继的情形，以及由此带来的经济效益和性能增益。Yu等研究了蜂窝中继网络的用户归属和负载均衡问题，提出了一种启发式的实用算法。Viswanathan等提出蜂窝中继网络下行链路的集中式传输调度方案，并且分析了吞吐量。Oyman等提出蜂窝中继网络下行链路的机会式用户调度方案和频率复用技术，并且分析了频谱效率。这些技术大多关注如何有效利用蜂窝中继网络中的频率、时间、空间等资源，最大限度地提高系统性能。部分技术涉及到能量效率，但是没有考虑频谱效率和能量效率的平衡。 

无线通信系统的频谱效率一直是国内外通信学界的研究热点，研究人员已经提出很多种能够提高频谱效率的技术，比如MIMO、OFDMA、协作多点传输、中继辅助传输、认知无线电等。MIMO、OFDMA、协作多点传输、中继辅助传输等技术在蜂窝网络中的应用已经得到广泛研究，但是将认知无线电和蜂窝网络结合的技术成果还不多。无线通信系统的能量效率研究最突出体现在能量受限的传感器网络中，人们已经提出非常多节能的传感器网络架构、算法和协议，例如分簇架构、节点休眠调度算法、节能的路由协议。另外能量效率问题在蜂窝网、无线网状网、无线局域网等其他无线通信系统中也有不少人研究。最近，无线通信系统能量效率方面的研究掀起了新一轮热潮。无线通信系统的频谱效率和能量效率的平衡问题最近有少数学者研究，但是相关的技术成果还很少。Xiong等深入探讨了采用OFDMA多址方式的下行链路的频谱效率和能量效率的平衡，在系统的吞吐量和用户的传输速率约束下最大化系统的能量效率，并且提出一种子载波和功率分配算法来达到频谱效率和能量效率的平衡。Onireti等针对理想的和实际的功率消耗模型，推导了上行链路协作多点传输的能量效率和频谱效率平衡的近似表达式，证明了协作多点传输比非协作传输更节能。Karray和Tran等分别分析了采用OFDMA多址方式的下行链路和使用分布式空时编码的双中继协作通信的频谱效率与能量效率。He等讨论了下行多用户分布式天线系统的频谱效率和能量效率平衡。Heliot等得到了MIMO瑞利衰落信道的频谱效率和能量效率平衡的更加精确的近似。从蜂窝网络的频谱效率和能量效率平衡来看，前期研究大多侧重于频谱效率的提升，忽略了为此消耗的能量以及相应的能量效率下降，难以满足节能减排以及通信运营商降低成本的要求。而能量效率方面的研究普遍追求能耗的降低，没有讨论频谱效率和能量效率的平衡。最近极少数研究考虑到频谱效率和能量效率的平衡，给出了平衡存在的条件并且提出了一些达到平衡的资源分配算法。但是，这些研究都没有考虑在蜂窝网络中部署中继站的情形，也没有提出在蜂窝中继网络中达到频谱效率和能量效率平衡的算法。 

发明内容

有鉴于此，为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种无线通信系统频谱效率和能量效率的优化方法，解决当前无线通信系统侧重于频谱效率的提升而较少关注相应的能量效率下降的缺点，平衡无线通信传输系统的频谱效率和能量效率。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 

一种无线通信系统频谱效率和能量效率的优化方法，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，进行中继站优化布署，确定中继站的数量和位置。 

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。 

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。 

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