CN103458442A

CN103458442A - 一种多基站协作的动态成簇方法

Info

Publication number: CN103458442A
Application number: CN2013104189855A
Authority: CN
Inventors: 朱珍超; 孟超
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2013-12-18

Abstract

本发明提供一种多基站协作的动态成簇方法。该方法包括以下步骤：参数初始化，所述参数包括基站的集合，每个时隙每个基站调度的用户，用户到基站的距离；计算每个基站到所有用户的下行信道状态信息，并根据信道范数信息计算信道范数互信息矩阵；对于给定的每一个簇，首先从候选基站集中选择信道范数互信息最大的基站作为主导基站，将主导基站从候选基站集中删除；根据剩余用户到主导基站信道范数互信息的大小选择到主导基站信道范数互信息大的基站纳入簇，将选定的基站从候选基站集中删除，直到簇内基站的数目满足簇的大小。本发明通过对每个簇设置主导基站，然后根据主导基站选择簇内其他基站，可有效降低系统成簇的复杂度，提高系统的能效。

Description

一种多基站协作的动态成簇方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体地说，涉及一种能够提高系统能效的动态成簇方法。

背景技术

无线通信技术的快速增长需要消耗越来越多的能量。未来无线通信与网络技术的发展面临着资源和能耗的双重约束，要求在优化网络资源的同时大幅度降低单位业务的能耗，打造绿色通信与网络。

多基站协作也称为多小区协作，多个基站间引入协作，并通过协作基站之间的回程链路共享一些必要的信息，如信道状态信息，调度信息和数据信息等，各个基站不再独立地只利用自己的物理层，链路层，MAC层信息进行各自独立传输，而是进行协作编码或译码操作，对小区间干扰进行有效抑制。由于反馈开销的影响，协作的基站数目不能太多。

目前大多数对系统能效的研究都是基于静态成簇。所谓静态成簇是指相邻的基站形成簇，簇形成后簇内基站不随时间的变化而变化。静态成簇方法没有成簇成本的开销，但由于无线信道随时间变化的特点，对系统能效提高有限。目前已有的动态成簇方法大多是基于系统容量最大化考虑的，且复杂度很高，考虑系统能效的动态成簇方法在已有文献和现有技术中还未涉及。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种多基站协作的低复杂度动态成簇方法，该方法可以以降低的复杂度使系统动态成簇，同时系统的能效要优于静态成簇方法。

本发明的技术方案为：根据用户的信道状态信息计算用户的信道状态信息范数，根据信道范数计算基站的信道范数互信息矩阵，选择信道范数互信息最大的基站作为主导基站，根据相对主导基站的信道范数互信息大小，簇内其它基站由主导基站进行选择，直到一个簇形成。所述方法具体步骤如下：

为实现上述目的，本发明多基站协作的动态成簇方法用于将系统中的基站根据用户信道变化分成不同的簇。该方法包括以下步骤：

步骤100：参数初始化，所述参数包括候选基站的集合、每个调度时隙每个小区用户的位置、及用户到各基站的距离；

步骤101：计算每个基站到所有调度用户的信道状态，并计算对应的信道状态信息范数；

步骤102：根据所述信道状态信息范数计算信道范数互信息矩阵；

步骤103：选择所述信道范数互信息最大的基站作为主导基站，将所述主导基站从候选基站集中删除；

步骤104：根据所述候选基站集中基站对主导基站信道范数互信息的大小进行降序排列，选择相对主导基站信道范数互信息最大的基站纳入簇内，将所选择的基站从所述候选基站集中删除.

步骤105：判断一个新的簇是否形成。如果形成，转到步骤106；否则，转到步骤104.

步骤106：判断候选基站集是否为空。如果不为空，转移到步骤103; 否则，结束。

在步骤100中所述的每个时隙每个小区的用户，是指在每个调度时隙内，对每个小区的用户进行轮流调度。每个时隙内每个小区只有一个用户接受服务。

在步骤101中所述的信道状态信息范数，是对每个基站到用户的复数信道状态信息取模后进行平方。

在步骤102中，信道范数互信息矩阵是指两个基站到对方用户的信道状态信息范数的和。

在步骤103中，主导基站是指每个簇中的第一个基站。

在步骤104中，根据相对主导基站信道范数互信息的大小，选择信道范数互信息的大的基站加入主导基站决定的簇。对剩余基站候选集，按步骤105判断一个新的簇是否形成，按步骤106判断形所有簇是否形成。

当系统所有簇形成后，候选基站集为空。每个基站只能属于一个簇，也就是簇之间没有交集。

多基站协作的低复杂度动态成簇方法的有益效果主要体现三个方面：第一，该方法能够根据用户信道状态信息的变化，动态地调整基站成簇结果，有效地提高系统能效；第二，该方法只需相对信道信息的大小，对信道状态信息的反馈精度不敏感，可降低系统的反馈开销；第三，该方法和已有的动态成簇方法相比，具有较低的计算复杂度。

附图说明

图1为18个小区的系统模型示意图；

图2为本发明多基站协作的低复杂度动态成簇方法的流程图；

图3表示每个基站的发送功率为20瓦时，采用图2方法和静态成簇方法系统能效对比。

具体实施方式

为了便于了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。本实施例的主要目的，是提供一种多基站协作的低复杂度动态成簇方法，使得系统能够根据用户信道状态信息的变化，以较低的复杂度使基站快速成簇，以提高系统的能效。

如图1所示，考虑一个两圈共19个小区的的蜂窝系统，为了成簇方便，去掉边上的一个小区，只考虑其中的18个小区。小区半径为500米，基站和用户都为单天线，每个基站处于小区中心位置。用户在每个小区均匀分布，在每个调度时隙，每个小区轮询调度一个用户进行服务。

根据用户的信道状态信息，计算信道状态信息范数，求出信道范数互信息矩阵，选择信道范数互信息最大的基站作为主导基站，主导基站决定簇内剩余基站的选择，直到新的簇形成。如图2所示，本实施例的接入方法具体包括以下步骤：

步骤100：初始化接入方法的参数，包括总数为18个基站的候选基站集合，每个基站的位置，每个小区内用户的分布，用户到基站的距离；

步骤101：根据每个调度时隙调度的用户计算基站i到用户j的信道状态信息hij；

步骤102：根据信道状态信息计算基站m相对基站n的信道范数互信息fmn。如果m≠n,fmn =│hmn│^2+│hnm│^2；如果m=n，fmn=0;

步骤103：从候选基站集中选择信道范数互信息最大的基站作为簇的主导基站，从候选基站集中删除选定的主导基站；

步骤104：：根据候选集中基站对主导基站信道范数互信息的大小降序排列，选取信道范数信息最大的用户所在小区基站纳入簇，从候选基站集中删除选定的基站；。

如图3所示为当每个基站的发送功率为20瓦时，提出的动态成簇方法和静态成簇方法在不同簇类型时系统的能效。从图中可以看出，本实施例多基站协作的低复杂度动态成簇方法在性能上比静态成簇方法要好，同时计算的复杂度也比较低。

在本实施例中，能够根据用户信道状态信息的变化，动态地调整基站成簇结果，有效地提高系统能效；只需相对信道信息的大小，对信道状态信息的反馈精度不敏感，可降低系统的反馈开销；并具有较低的计算复杂度。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种多基站协作的动态成簇方法，用于将系统中的基站根据用户信道变化分成不同的簇，其特征是，包括以下步骤：

步骤104：根据所述候选基站集中基站对主导基站信道范数互信息的大小进行降序排列，选择相对主导基站信道范数互信息最大的基站纳入簇内，将所选择的基站从所述候选基站集中删除；

步骤105：判断一个新的簇是否形成，如果形成，转到步骤106；否则，转到步骤104；

步骤106：判断候选基站集是否为空，如果不为空，转移到步骤103；否则，结束。

2.根据权利要求1所述的多基站协作的动态成簇方法，其特征是，步骤100中所述的每个时隙每个小区用户，是指在每个调度时隙内，对每个小区的用户进行轮流调度，每个时隙内每个小区只有一个用户接受服务。

3.根据权利要求2所述的多基站协作的动态成簇方法，其特征是，步骤101中所述的信道状态信息范数，是对每个基站到用户的复数信道状态信息取模后进行平方。

4.根据权利要求3所述的多基站协作的动态成簇方法，其特征是，步骤102中，信道范数互信息矩阵是指两个基站到对方用户的信道状态信息范数的和。

5.根据权利要求1所述的多基站协作的动态成簇方法，其特征是，步骤103中，主导基站是指每个簇中的第一个基站。

6.根据权利要求1所述的多基站协作的动态成簇方法，其特征是，步骤104和105之后，将形成新的簇内的基站从所述候选基站集中删除。

7.根据权利要求6所述的多基站协作的动态成簇方法，对剩余基站候选集，按步骤106进行判断，其特征是，当系统所有簇形成后，所述候选基站集为空。

8.根据权利要求1所述的多基站协作的动态成簇方法，其特征是，每个基站只能属于一个簇，即簇之间没有交集。