[发明专利]基于随机几何的双层超密异构网络谱效-能效平衡方法

权利要求书

1.基于随机几何的双层超密异构网络谱效-能效平衡方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，利用随机几何中的泊松点过程构建双层超密异构网络；

所述的步骤1包括：

步骤1.1，在区域A内构建一个两层的下行异构超密蜂窝网络，这两层分别服从相互独立密度为λ_k的泊松点过程Φ_k，其中，当k＝1时为微基站层，当k＝2时为宏基站层；

步骤1.2，移动用户服从密度为λ_u的泊松点过程Φ_u

步骤2，基于泊松点过程的概率密度函数、概率产生函数得到系统总吞吐量；

所述的步骤2包括：

步骤2.1，第k层基站的发射功率为p_tk，目标用户与相应服务基站之间的随机信道增益h_k～exp(1)，除目标用户的服务基站外的所有基站都存在干扰，第k层的第i个干扰基站与目标用户的距离为R_k,i，同理信道增益H_k,i～exp(1)；

步骤2.2，设定信道衰落、信道噪声、可用带宽参数以及用户接入基站的准则，规定信道衰落为瑞利衰落，路径损耗为α，且α2，信道噪声为均值为0，方差为δ²的加性高斯白噪声，整个信道的可用带宽为B，频谱被均匀的分成M个子信道，则每个子信道的带宽为B₀＝B/M，每个用户只被分配一个子信道与接入点进行通信，当用户数大于子信道数时，采用时分的方式分配资源，用户与提供最大接收功率的基站进行通信，当用户接入与其距离为r_k的服务基站时，基站为其分配的功率为p_k＝p_tk/M；

步骤2.3，根据信干噪比的定义计算出目标用户的信干噪比I是k层基站对目标用户的总干扰；

步骤2.4，再根据香农公式得出目标用户的接收速率

步骤2.5，由于用户和基站是随机分布的，通过对距离积分可以得到每个微蜂窝与宏蜂窝的平均吞吐量f_d(r_k)是距离r_k的概率密度函数，它实际上表示目标用户与服务基站b_k的连接概率；M(r_k)是在与服务基站b_k距离r_k处的用户数，它与用户是否和b_k通信无关；故f_d(r_k)M(r_k)表示在与服务基站b_k距离r_k处的实际用户数；E表示数学期望；

步骤2.6，用微基站和宏基站的密度λ_k分别对它们的吞吐量加权进而得到系统总的吞吐量T_total＝λ₁S_AT₁+λ₂S_AT₂＝S_A(λ₁T₁+λ₂T)₂，其中，S_A是区域A的面积；

步骤3，由频谱效率与能量效率的定义得到整个系统关于频谱效率和能量效率与网络密度的关系；

所述的步骤3包括：定义系统的频谱效率η_SE为整个系统的总吞吐量与整个系统带宽的比值，系统的能量效率η_EE为整个系统的总吞吐量与整个系统所消耗的总功率的比值，根据以上定义求得系统的频谱效率与能量效率其中，p_c1，p_c2是信号处理、备用电池过程消耗的功率，与基站的发射功率无关，ρ_pA1ρ_pA2是功率放大器的效率。

2.根据权利要求1所述的基于随机几何的双层超密异构网络谱效-能效平衡方法，其特征在于：在所述的步骤3之后还包括步骤4，通过优化理论来获得频谱效率和能量效率之间的关系闭合表达式。

3.根据权利要求2所述的基于随机几何的双层超密异构网络谱效-能效平衡方法，其特征在于：所述的步骤4在满足使用者依据具体需求设定的约束条件的情况下，寻找最优的发射功率和网络密度最大化η_EE，即优化问题其中，是网络所需的最小频谱效率，p_tkmax为基站的最大发射功率，从上述优化问题看出可以通过改变网络密度来保持频谱效率和能量效率之间的平衡。