一种cran中高能效的基站开关选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种云计算无线接入网（Cloud Radio Access Network，C-RAN)中，在 前传链路容量受限的情况下，高效实行基站开关选择的方法，属于移动通信技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，越来越严峻的环境问题摆在人类面前，节能、降耗、减排成了大势所趋。通 信作为一种服务业，依赖大量的工业产品，如基站、终端设备、传输路线等。这些都会随着网 络市场的大规模扩大而翻倍增加，耗能巨大，所以，"绿色通信"这个概念孕育而生。绿色通 信（Green Communications)，是指节能减排、减少环境污染、资源浪费以及对人体和环境危 害的新一代通信理念，主要通过创新的高效功放、多载波、分布式、智能温控等技术，配合灵 活的站点场景模型，对基站进行积极改造，以达到降低功耗的目的，最终实现人与自然和谐 相处，实现可持续发展。绿色通信主要从以下几方面进行：网络体系结构部署角度、硬件的 角度、基站协作的角度和链路自适应资源分配的角度。其中网络体系结构就包括云计算无 线接入网络的部署，云计算无线接入网络可以有效地实现基站协作。在云计算无线接入网 络，中央处理器和基站通过前传链路连接，中央处理器可以控制基站，使得分布在网络中的 基站可以协同传输，并且可以支持基站休眠以减少网络功耗。例如，若网络负载较低，可以 在保证接入用户服务质量的情况下关闭部分基站，节约链路功耗，或者，可以使用多个基站 的联合波束成形预编码，有效处理干扰，使得满足用户需求的同时使用更少的传输功率。然 而，一部分基站的关闭会使得打开部分的基站负载加重，同时，协同传输也会使得基站服务 更多的用户，增加前传链路的传输速率。在实际云计算无线接入网络中，由于前传链路容量 的限制，基站的开关选择和波束成形预编码的设计变得更加复杂。因此，在前传链路容量受 限的云计算无线接入网的基站开关选择和波束成形预编码设计具有很高的研究价值。
【发明内容】
[0003] 发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种云计算无线接入网通信 中用户高效实行基站开关选择的方法，在保证用户速率要求和基站发送功率限制的情况 下，最小化整个系统的功耗，适用于前传链路容量受限。
[0004] 技术方案：为了解决上述问题，本发明考虑了一种云计算无线接入网传输模型，采 用多天线分布式基站布局，单天线用户均匀地分布在接入网中，多个基站可以对单一用户 协同传输。该网络中用户可以连接云计算无线接入网的所用基站，基站到中央处理器使用 有限容量的前传链路连接。为了减少网络功耗，本基站支持休眠模式以节约链路功耗，而基 站的开关选择则是通过波束成形预编码矩阵确定的。
[0005] 本发明提出一种CRAN中高能效预编码和基站开关选择方法，通过优化波束成形 预编码矩阵降低发送功耗，根据最优的波束成形预编码矩阵调苄基站开关和基站与用户的 连接，降低链路功耗，从而降低网络功耗。
[0006] 在考虑基站开关的情况下，使用重加权法后，网络总功耗可以等效表示为：
[0008] 其中，￡表示基站的集合，K表示用户的集合，w(_表示第1个基站对第k个用户的 波束成形预编码向量，疗表示基站1的静态功耗，η :表示基站1的传输放大增益，a i表示 对基站1总静态功率的加权系数。
[0009] 基站1的如传链路容量限制表不为：
[0011] 其中《表示用户的集合，(^表示基站1的有限前传容量，戌表示基站1对用户k 分配功率的加权系数，&表示用户k的传输速率，由下式表示：
[0013] 其中，Hk表示对于用户k的网络信道矩阵，其定义为Hi ：=[Ι^Η〗Γ··，Ι^]€?[：1χΛ??， GW表示Hk是一个1列M t行的矩阵，M表示网络中所有天线的数目，Η〗表示从基 站1到用户k的信道矩阵，Wk表示对于用户k的网络波束成形预编码矩阵，其定义为： w, ，C-.1表示Wk是一个^列1行的矩阵，w;表示基站1对用户 k的波束成形预编码向量，σ 2表示噪声功率。
[0014] 基站1的最大传输功率限制可以表示为：
[0016] 其中，示基站1的最大传输功率，/C表示网络中所有用户的集合，wi表示基 站1对用户k的波束成形预编码向量。
[0017] 使用用户最小信噪比限制保证用户速率要求，用户k的最小信噪比限制可以表示 为：
[0019] 其中，31冊,表示用户k的信噪比，：?表示从基站1到用户k的信道矩阵，Wk表示 对于用户k的网络波束成形预编码矩阵，〇2表示噪声功率，丫，表示用户k所需要的最小 信噪比。
[0020] 由于波束成形预编码矩阵确定后，网络的总功耗就确定了，那么应该考虑如何设 计波束成形预编码矩阵，使得功耗最小。本发明方法通过重加权法松弛网络总功耗和前传 链路容量限制目标函数，对波束形成预编码矩阵进行迭代求解，在给定加权因子的条件下， 采用标准凸优化方法设计波束成形预编码矩阵，再根据优化的波束成形预编码矩阵更新加 权因子；然后根据最优波束形成预编码矩阵确定基站开关状态，使得在关闭部分基站的情 况下满足用户需求，并且使得整个网络的总功耗最小化，具体包括以下步骤：
[0021] 步骤1 :初始化加权因子a P 1?和迭代终止条件，设置的终止条件包括终止条件 包括迭代次数和迭代阈值两个情况，设定迭代次数的情况下，达到迭代次数时终止迭代；设 定迭代阈值的情况下，本次迭代和上次迭代的网络总功耗的差值不大于迭代阈值时终止迭 代。
[0022] 步骤2 :以网络总功耗（公式1)为目标函数，在前传链路容量（公式2)，用户最小 信噪比（公式4)和基站最大传输功率（公式5)限制下，使用标准凸优化方法求出最佳波 束成形预编码向量。
[0023] 步骤3 :判断是否达到迭代终止条件，若是，则跳转步骤5,否则跳转步骤4。
[0024] 步骤4 :根据步骤2中计算出的波束成形预编码向量，使用重加权法更新用户传输 速率和加权因子，并跳转至步骤2 ;
[0025] 所述用户传输速率的更新法则如公式3所示，加权因子的更新法则如公式6和7 所示：
[0028] 其中，a i表示对基站1总静态功率的加权系数，處表示基站1对用户k分配功率 的加权系数，表示基站1对用户k的波束成形预编码向量，ε和τ表示足够小的正实 数。
[0029] 步骤5 :根据最终求得的波束成形预编码矩阵，调苄基站开关状态和用户与基站 的连接关系，并根据公式3计算用户传输速率。
[0030] 有益效果：本发明方法使用波束成形矩阵和加权因子进行迭代，根据波束成形矩 阵确定加权因子，然后再根据加权因子确定以网络功耗为基准的波束成形预编码矩阵，最 终实现最小化网络功耗，具有如下优点：
[0031] 1、本发明采用基于压缩感知的重加权法，保证了网络波束成形预编码向量的稀疏 性，符合云计算无线接入网中对于特定用户的协作服务基站数目不多的特性，使得协同服 务于特定用户的基站数目较小，适用于有限前传的云计算无线接入网的设计；
[0032] 2、本发明基于波束成形预编码向量进行基站开关选择，与基于传输功率最小化的 方法相比，能够更加有效地节省网络功耗；
[0033] 3、本发明考虑了前传链路的容量限制，展现了容量限制对网络功耗的影响，对实 际网络设计有启示作用。
【附图说明】
[0034]图1为本发明的云计算无线接入网传输模型；
[0035] 图2为10个基站、15个用户时，本发明方法与Cb