[发明专利]一种无线异构网络协作通信控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于输电线路监测技术领域，尤其涉及一种无线异构网络协作通信控制系统及控制方法。

背景技术

随着智能移动电话及其新应用的需求增长，在蜂窝通信网中将会对网络覆盖面积和超高速通信提出更高的要求。但是，传统的宏蜂窝网，由于具有室内信号弱，热点覆盖问题，以及小区边缘用户通信速率低等缺点，已不适应新的要求。为了克服这些缺点，提供一种性能上的补充，异构蜂窝网(HCN)已在LTE-A中得以应用，同时，它被认为是5G无线通信系统的关键技术。在HCN中，包括传统的宏蜂窝，以及各种类型的微蜂窝和微微蜂窝，基于空间频谱复用，为5G网提供无缝覆盖和更高的通信速率，以满足5G中数以千倍的移动通信要求和数量巨大的小型蜂窝的接入需求。近年来，随着异构网络的应用，已发现其可以增强信道容量和网络覆盖面积的同时，还可以节省能量消耗。异构网络(HetNet)是包含不同传输功率和覆盖面积的无线网络。大功率的节点由于覆盖面积大，所以布置在能够覆盖城市、郊区和农村的广大地区；而低功率节点由于覆盖面积有限，所以主要用于弥补大功率节点没有覆盖的区域。由于在无线环境中，信号比线性路径损耗指数更高，所以无线辐射的特点是低功率节点密集布置，相对于大功率节点稀疏布置，其能量效率更高。对于HetNet的研究，包括节点协作，负载平衡优化和小区间的干扰协调等。高低功率节点的资源利用，应该紧密协调起来，在HetNet中实现容量和覆盖区域的最大化，所以需要先进的小区干扰协调和协作技术，并依托不同的中心化优化技术实现，因而需要连续的无线和有线数据交换。通常，每个处理单元的基带和射频部分是在一起的，并且各个处理单元分散布置，这样，首先不利于进行中心化处理和系统优化，而且，随着处理单元的增加，功耗会线性增加。另一方面，由于电池技术发展缓慢，在新一代无线通信系统中，移动设备和无市电供给的设备，仍然受电池的发展制约。电池的容量不能满足高速通信的能量需求。当然，因为有类似太阳能、风能，以及地热和潮汐能的存在，我们可以采用能量获取技术加以利用。但是，这些能量受到诸如天气、位置或者气候的影响，它们并不能方便的用于移动设备，特别是在像室内这样的环境下，同时，这些能量的不稳定和不可控性，即使在户外也很难轻易的使用。所以，无线携能通信技术(SWIPT)成为能量获取的有效手段被广大研究者所重视。新一代无线通信系统中，超宽带、超大信道容量、空时复用、波束成形、载波聚合等是其重要的特征，而这些特点离不开现代天线技术的发展。由于应用需求的不同，有用于基站建设的大型阵列天线，也有配置于移动终端设备内的片上、印刷电路板天线。这些天线不但要完成正常的通信任务，同时，还要承担类似无线携能通信中的能量收集传感器的作用。综上所述，在无线异构网络中，有两类典型设备共存于网络中，即：1)、高功耗水平的高速网络设备，如高清视频数据流和高速运动物体的速度、加速度等快变量采集等设备；2)、在物联网、无线传感器网络等中的低功耗、低速率无线节点，如环境温湿度等慢变量采集节点。这两类设备所涉及到的无线QoS问题，在现有研究中是截然分开的。因而派生出两个主要研究方向，1)、在假定信道模型基础上，以提高信道传输速率，或者可以统一为最大化信道容量，以达到和接近香农信道容量极限为目的的研究；2)、对于能量受限的无线节点，研究功率分配策略，尽可能的延长这些低功耗无线节点的工作寿命，当然，在这些研究中，为了合理利用有限的能量和信道资源，进行综合的资源分配也是一种必然的选择。总之，数量巨大的小型微蜂窝网的低速率、低功耗设备的无线接入，以及与高速、高容量和高功耗的无线设备共存，造成了在新一代5G网络中具有不同通信速率要求的海量设备引入，为了平衡信道容量、功率水平和无线服务质量(QoS)的需求，必须为它们设计不同信道容量，不同能量消耗，以及通信策略的无线异构网络。

综上所述，现有技术存在的问题是：无线通信中，很难同时兼顾低速数据传输的低功耗、高可靠性，和高速数据传输的低延迟、高信道容量，这种不同类型网络结构同时存在的无线异构网络要求；进而更难满足对系统不同传输速率下的无线功率分配优化和能量均衡控制，很难达到在能量受限情况下，延长整个无线通信系统工作寿命的目的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种无线异构网络协作通信控制系统及控制方法。解决了1)异构无线网，不同接入速率无线网络的协同，不同QoS参数要求导致的资源均衡分配协作；2)、解决能量均衡问题，不同无线通信速率，有不同的能量需求水平的协同；3)、结合自然环境获取电能(如：太阳能)；4)、无线异构网，解决了现有蜂窝网3G、4G在野外、偏远地区的信号覆盖差的问题。