CN106714221A - 一种无线eh网络中移动台关联基站的方法 - Google Patents

一种无线eh网络中移动台关联基站的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线EH网络中移动台关联基站的方法，通过在包括基站、中继节点、移动台的无线EH网络中进行场景分析，划分了直接链路通信、直接和协作链路通信、协作链路通信三种场景，分别提出了相应的移动台关联基站的方法，所述方法简单有效，符合现实网络的无线信号覆盖特点，具有很好的实用价值，并且在解决基站关联问题时同时考虑直接链路和间接链路的信道状况以及中继节点的能量收集情况，定义了新的测量量，提出了切实可行的基站关联方法，为解决基站关联问题提供了有益的方案，具有现实意义。

Description

一种无线EH网络中移动台关联基站的方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及无线EH网络中移动台关联基站的方法。
背景技术
传统网络中的移动台关联基站(User Association)的研究已经取得了很多成果，研究主要考虑的因素有信道条件、网络负荷、功率等因素，由于传统网络中的节点都采用现有的电网供电，因此不需要考虑供电能量的问题。随着人们对无线网络能量消耗的日益关注以及地球温度的升高，促使人们研发能量效率更高的通信技术,从可再生能源如太阳能、风能、热能和射频能中获得能量的能量收集(energy harvesting,EH)技术可以驱动通信设备和网络，为实现绿色通信展现了光明的前景。
然而，当网络中的部分节点不再依赖传统电网提供电能而是依靠自身收集能量时，移动台关联基站的研究还需要考虑这部分节点的能量收集情况，有关的可应用于实际网络的成果尚不多见，研究中的一些假设情况过于理想，例如单位区域的业务到达率、具体位置的业务负荷密度、业务负荷的理论分布等，因此存在较大的局限性。
发明内容
本发明通过在包括基站、中继节点、移动台的无线EH网络中进行场景分析，划分了直接链路通信、直接和协作链路通信、协作链路通信三种场景，分别提出了相应的移动台关联基站的方法。(一)直接链路通信场景：当移动台m接收到Ld(Ld≥1)个来自不同基站的信号强度大于或等于直接通信门限φd的导频信号时，选择其中最强的导频信号对应的基站关联。(二)直接和协作链路通信场景：当移动台m接收到Lc(Lc≥1)个来自不同基站的信号强度大于或等于协作通信门限φc且小于直接通信门限φd的导频信号时，对移动台m接收到的信号强度大于或等于φc且小于φd的导频信号对应的基站i(1≤i≤Lc)，执行相应步骤。(三)协作链路通信场景：当移动台m接收到Ln(Ln≥1)个来自不同基站的信号强度小于φc的导频信号时，对移动台m接收到的信号强度小于φc的导频信号对应的基站q(1≤q≤Ln)，执行相应步骤。本发明在解决基站关联问题时同时考虑直接链路和间接链路的信道状况以及中继节点的能量收集情况，定义了新的测量量，提出了切实可行的基站关联方法，为解决基站关联问题提供了有益的方案，符合现实网络的无线信号覆盖特点，具有很好的实用价值。本发明中的基站为传统电网和EH技术共同供电的节点，当收集的能量不足以提供必要的电力时将由传统电网供电；中继节点为依赖EH技术供电的节点；无线EH网络指的是包括上述基站和中继节点的无线通信网络。
具体实施方式
设定直接通信门限为φd，协作通信门限为φc。当移动台m接收到来自基站i的导频信号强度pi≥φd时，移动台m可以与基站i建立良好的直接链路通信。当移动台m接收到来自基站i的导频信号强度pi＜φd且pi≥φc时，移动台m与基站i不一定能建立良好的直接链路通信，需要在直接链路通信与协作链路通信之间做出选择。当移动台m接收到来自基站i的导频信号强度pi＜φc时，移动台m只能与基站i之间通过协作链路通信。min(a,b)表示取a和b中较小者的运算。
(一)直接链路通信场景
当移动台m接收到Ld(Ld≥1)个来自不同基站的信号强度大于或等于直接通信门限φd的导频信号时，选择其中最强的导频信号对应的基站关联。
(二)直接和协作链路通信场景下，执行以下步骤：
(1)与基站i关联的中继节点j通过接收到的基站i的导频信号测量计算基站i到中继节点j链路的信噪比γij并报告给移动台m，移动台m通过接收到的与基站i关联的中继节点j的导频信号测量计算中继节点j到移动台m链路的信噪比γjm，当中继节点j对应的中继链路的等效信噪比min(γij,γjm)≥γth时，与基站i关联的中继节点j为移动台m在基站i所属小区内的候选中继节点，加入移动台m在基站i所属小区内的候选中继节点集合Θi,m。其中i、j、m分别表示基站、中继节点、移动台的序号，γth为等效信噪比门限。
(2)获得候选中继节点集合Θi,m中各候选中继节点存储的能量数量和能量收集速率，候选中继节点的能量收集速率定义为该候选中继节点在单位时间内收集能量的平均值，可以用候选中继节点在时间T内收集的能量总数除以时间T得到。当存在存储的能量数量大于或等于能量门限Eth的候选中继节点时，从中选出存储的能量数量最大的候选中继节点为移动台m在基站i所属小区内的已选中继节点Ni,m，当不存在存储的能量数量大于或等于能量门限Eth的候选中继节点时，选取能量收集速率最大的候选中继节点为移动台m在基站i所属小区内的已选中继节点Ni,m。
(3)将移动台m接收到的信号强度大于或等于φc且小于φd的导频信号对应的基站i(1≤i≤Lc)所属小区的已选中继节点Ni,m(1≤i≤Lc)对应的中继链路的等效信噪比值分别与基站i到移动台m的直接链路的信噪比γim进行比较，当时，选取基站i为移动台m的候选关联基站，加入移动台m的候选关联基站集合SB,m，当时，将移动台m在基站i所属小区的已选中继节点Ni,m加入移动台m的已选中继节点集合SR,m。
(4)若候选关联基站集合SB,m非空，从中选取候选关联基站到移动台m的直接链路的信噪比中最大的信噪比对应的候选关联基站为移动台m的关联基站；若候选关联基站集合SB,m为空而已选中继节点集合SR,m非空，选取SR,m中各已选中继节点对应的中继链路的等效信噪比中最大的等效信噪比对应的已选中继节点关联的基站为移动台m的关联基站。
对于此场景，本发明给出另一个方案，其中的步骤(2)还可以替换为：获得候选中继节点集合Θi,m中各候选中继节点的能量收集速率和能量消耗速率，候选中继节点的能量消耗速率定义为该候选中继节点在单位时间内消耗能量的平均值，可以用该候选中继节点在时间T内消耗的能量总数除以时间T得到。从能量收集速率大于能量消耗速率的候选中继节点中选取能量收集速率最大的候选中继节点为移动台m在基站i所属小区内的已选中继节点Ni,m。
当所述的基站i是移动台m接收到的信号强度大于或等于协作通信门限φc且小于直接通信门限φd的导频信号所对应的基站时，优选执行上述步骤。
(三)协作链路通信场景下，执行以下步骤：
(1)与基站q关联的中继节点h通过接收到的基站q的导频信号测量计算基站q到中继节点h链路的信噪比γqh并报告给移动台m，移动台m通过接收到的与基站q关联的中继节点h的导频信号测量计算中继节点h到移动台m链路的信噪比γhm，当中继节点h对应的中继链路的等效信噪比min(γqh,γhm)≥γth时，与基站q关联的中继节点h为移动台m在基站q所属小区内的候选中继节点，加入移动台m在基站q所属小区内的候选中继节点集合Θq,m。其中q、h、m分别表示基站、中继节点、移动台的序号，γth为等效信噪比门限。
(2)获得候选中继节点集合Θq,m中各候选中继节点存储的能量数量和能量收集速率。当存在存储的能量数量大于或等于能量门限Eth的候选中继节点时，从中选出存储的能量数量最大的候选中继节点为移动台m在基站q所属小区内的已选中继节点Nq,m，当不存在存储的能量数量大于或等于能量门限Eth的候选中继节点时，选取能量收集速率最大的候选中继节点为移动台m在基站q所属小区内的已选中继节点Nq,m。
(3)从移动台m接收到的信号强度小于φc的导频信号对应的各基站所属小区内的已选中继节点中，选取各已选中继节点对应的中继链路的等效信噪比中最大的等效信噪比对应的已选中继节点关联的基站为移动台m的关联基站。
对于此场景，本发明给出另一个方案，其中的步骤(2)还可以替换为：获得候选中继节点集合Θq,m中各候选中继节点的能量收集速率和能量消耗速率，从能量收集速率大于能量消耗速率的候选中继节点中选取能量收集速率最大的候选中继节点为移动台m在基站q所属小区内的已选中继节点Nq,m。
当所述的基站q是移动台m接收到的信号强度小于协作通信门限φc的导频信号所对应的基站时，优选执行上述步骤。
此外，需要指出的是，以上三个场景中的移动台关联基站方法既可以相互融合应用，也具有独立性，单独应用于适用场景。

Claims (8)

1.一种无线EH网络中移动台关联基站的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)与基站i关联的中继节点j通过接收到的基站i的导频信号测量计算基站i到中继节点j链路的信噪比γij并报告给移动台m，移动台m通过接收到的与所述基站i关联的中继节点j的导频信号测量计算中继节点j到移动台m链路的信噪比γjm，当中继节点j对应的中继链路的等效信噪比min(γij,γjm)≥γth时，与所述基站i关联的中继节点j作为移动台m在所述基站i所属小区内的候选中继节点，加入到移动台m在所述基站i所属小区内的候选中继节点集合Θi,m；其中i、j、m分别表示基站、中继节点、移动台的序号，γth为等效信噪比门限；
(2)获取所述候选中继节点集合Θi,m中各候选中继节点存储的能量数量和能量收集速率；当存在存储的能量数量大于或等于能量门限Eth的候选中继节点时，从中选出存储的能量数量最大的候选中继节点作为移动台m在所述基站i所属小区内的已选中继节点Ni,m；当不存在存储的能量数量大于或等于能量门限Eth的候选中继节点时，选取能量收集速率最大的候选中继节点作为移动台m在所述基站i所属小区内的已选中继节点Ni,m；其中候选中继节点的能量收集速率定义为该候选中继节点在单位时间内收集能量的平均值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中的步骤(2)替换为：获取所述候选中继节点集合Θi,m中各候选中继节点的能量收集速率和能量消耗速率，从能量收集速率大于能量消耗速率的候选中继节点中选取能量收集速率最大的候选中继节点作为移动台m在所述基站i所属小区内的已选中继节点Ni,m；其中：候选中继节点的能量收集速率定义为该候选中继节点在单位时间内收集能量的平均值；候选中继节点的能量消耗速率定义为该候选中继节点在单位时间内消耗能量的平均值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法还包括如下步骤：
(1)将所述已选中继节点Ni对应的中继链路的等效信噪比值分别与所述基站i到移动台m的直接链路的信噪比γim进行比较，当时，选取所述基站i为移动台m的候选关联基站，并加入到移动台m的候选关联基站集合SB,m；当时，将所述已选中继节点Ni加入到移动台m的已选中继节点集合SR,m；
(2)如果所述候选关联基站集合SB,m非空，则选取其中的各候选关联基站到移动台m之间直接链路的信噪比中最大的信噪比所对应的候选关联基站作为移动台m的关联基站；若所述候选关联基站集合SB,m为空，而所述已选中继节点集合SR,m非空，则选取其中的各已选中继节点对应的中继链路的等效信噪比中最大的等效信噪比所对应的已选中继节点关联的基站作为移动台m的关联基站。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述的基站i是移动台m接收到的信号强度大于或等于协作通信门限φc且小于直接通信门限φd的导频信号所对应的基站。
5.一种无线EH网络中移动台关联基站的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)与所述基站q关联的中继节点h通过接收到的所述基站q的导频信号，测量计算基站q到中继节点h链路的信噪比γqh并报告给移动台m，移动台m通过接收到的所述中继节点h的导频信号，测量计算中继节点h到移动台m链路的信噪比γhm，当中继节点h对应的中继链路的等效信噪比min(γqh,γhm)≥γth时，所述中继节点h作为移动台m在所述基站q所属小区内的候选中继节点，加入到移动台m在所述基站q所属小区内的候选中继节点集合Θq,m；其中q、h、m分别表示基站、中继节点、移动台的序号，γth为等效信噪比门限；
(2)获取所述候选中继节点集合Θq,m中各候选中继节点存储的能量数量和能量收集速率；当存在存储的能量数量大于或等于能量门限Eth的候选中继节点时，从中选出存储的能量数量最大的候选中继节点作为移动台m在所述基站q所属小区内的已选中继节点Nq,m；当不存在存储的能量数量大于或等于能量门限Eth的候选中继节点时，选取能量收集速率最大的候选中继节点作为移动台m在所述基站q所属小区内的已选中继节点Nq,m；其中候选中继节点的能量收集速率定义为该候选中继节点在单位时间内收集能量的平均值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中的步骤(2)替换为：获取所述候选中继节点集合Θq,m中各候选中继节点的能量收集速率和能量消耗速率，从能量收集速率大于能量消耗速率的候选中继节点中选取能量收集速率最大的候选中继节点作为移动台m在所述基站q所属小区内的已选中继节点Nq,m；其中：候选中继节点的能量收集速率定义为该候选中继节点在单位时间内收集能量的平均值；候选中继节点的能量消耗速率定义为该候选中继节点在单位时间内消耗能量的平均值。
7.根据权利要求5或6所述的方法，所述方法还包括如下步骤：从各所述基站所属小区内的已选中继节点中，选取各已选中继节点对应的中继链路的等效信噪比中最大的等效信噪比对应的已选中继节点关联的基站作为移动台m的关联基站。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述的基站q是移动台m接收到的信号强度小于协作通信门限φc的导频信号所对应的基站。
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