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去蜂窝网络中基于AP不同参与度的功率分配方法及系统   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2021-12-31
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2022-03-15
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-08-12
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2041-12-31
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN202111668382.1 申请日 2021-12-31
公开/公告号 CN114095938B 公开/公告日 2022-08-12
授权日 2022-08-12 预估到期日 2041-12-31
申请年 2021年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 H04W16/04H04W52/38H04W52/42 主分类号 H04W16/04
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 1
权利要求数量 2 非专利引证数量 1
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证 1、CN 112564746 A,2021.03.26CN 113708803 A,2021.11.26CN 112468196 A,2021.03.09Arezoo Izadi, S. MohammadRazavizadeh, O. Saatlouy《.PowerAllocation for Downlink Training in Cell-Free Massive MIMO Networks》《.2020 10thInternational Symposium onTelecommunications(IST)》.2020,Bassant Amin, Bassant Abdelhamid,Salwa El-Ramly《.Quantized PowerAllocation Algorithms in Cell-FreeMassive MIMO Systems》《.2018 InternationalJapan-Africa Conference on Electronics,Communications and Computations(JAC-ECC)》.2018,;
引用专利 被引证专利
专利权维持 0 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 杭州电子科技大学 当前专利权人 杭州电子科技大学
发明人 胡志蕊、毕美华、卢从慧、何美霖、郑长亮、滕旭阳 第一发明人 胡志蕊
地址 浙江省杭州市杭州经济技术开发区白杨街道2号大街1158号 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 6
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
浙江千克知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
冷红梅
摘要
本发明提供了一种基于AP不同参与度的低复杂度功率分配方法及系统。本发明方法采取以下技术方案:去蜂窝网络中基于AP不同参与度的功率分配方法,按如下步骤进行:步骤1,根据AP的不同参与度,将AP分为三类;步骤2,各个AP进行本地预编码,根据所属类别采用差异化预编码方案;步骤3,第三类接入点对其发送功率在所属APG间进行划分;步骤4,各APG采用局部集中式进行功率分配。本发明可以降低去蜂窝网络中信号处理的计算复杂度。
  • 摘要附图
    去蜂窝网络中基于AP不同参与度的功率分配方法及系统
  • 说明书附图:图1
    去蜂窝网络中基于AP不同参与度的功率分配方法及系统
  • 说明书附图:图2
    去蜂窝网络中基于AP不同参与度的功率分配方法及系统
  • 说明书附图:图3
    去蜂窝网络中基于AP不同参与度的功率分配方法及系统
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-08-12 授权
2 2022-03-15 实质审查的生效 IPC(主分类): H04W 16/04 专利申请号: 202111668382.1 申请日: 2021.12.31
3 2022-02-25 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.去蜂窝网络中基于AP不同参与度的功率分配方法,其特征是按如下步骤进行:
步骤1,根据AP的不同参与度,将AP分为三类;
步骤2,各个AP进行本地预编码,根据所属类别采用差异化预编码方案;
步骤3,第三类接入点对其发送功率在所属AP簇间进行划分;
步骤4,各AP簇采用局部集中式进行功率分配;
步骤1具体如下:根据AP的不同参与度,将AP分为AP‑I、AP‑II、AP‑III三类:
AP的参与度使用AP所属AP簇的多少及其服务用户数的多少进行衡量;AP‑I类仅属于一个AP簇且仅服务一个用户;AP‑II类仅属于一个AP簇但同时服务多个用户;AP‑III类属于多个AP簇;
步骤2具体如下:AP‑I类采用最大比传输MRT预编码,AP‑II、AP‑III类采用迫零ZF预编码;
AP‑I类采用MRT预编码:以AP‑I i为例,假设该AP仅服务用户k,且与用户k之间的信道状态信息为hi,k,则预编码为
AP‑II/AP‑III类采用ZF预编码:以AP j为例,假设该AP服务的用户集合为 且与这些用户之间的信道状态信息为 则AP  j端的预编码为
进一步对各用户数据采用的预编码进行归一化处理,则各用户数据采
用的预编码wj,k为
步骤3具体如下:AP‑III类接入点对其发送功率在其所属AP簇间进行划分:
以AP‑III i为例,假设其所属AP簇包括 和 且其最大发送功率为pi,max;用于将AP i的发送功率pi,max划分为pi,l_max和pi,s_max,分别分配给 和
假设AP i为AP簇内用户k分配的发送功率为pi,k,则pi,l_max和pi,s_max表示为和 pi,l_max和pi,s_max通过各AP簇内服务用户数确定,如
其中 表示集合 的大小,或者,
pi,l_max和pi,s_max通过求解以下优化问题确定:
其中,ri,k表示AP i与AP簇内用户k间的接收信号强度, 和 分别表示 和 服务的用户集合;
步骤4具体如下:各AP簇间独立地进行功率分配,同时AP簇内所有AP采用集中式功率分配;
AP簇内所有AP采用的集中式功率分配中,以最大化接收信号强度为例,各AP的功率分配通过求解以下L个独立地优化问题确定:
其中,L为AP簇的个数,表示第l个AP簇, 表示AP簇 服务的用户集合,表示 内用户k的接收信号强度,rk,min为用户k的最小接收信号强度需求。

2.去蜂窝网络中基于AP不同参与度的功率分配系统,其特征是,包括如下模块:
AP分类模块,根据AP的不同参与度,将AP分为三类;
预编码模块,对各个AP进行本地预编码,根据所属类别采用差异化预编码方案;
发送功率划分模块,将第三类接入点对其发送功率在所属AP簇间进行划分;
功率分配模块,对各AP簇采用局部集中式进行功率分配;
AP分类模块具体如下:根据AP的不同参与度,将AP分为AP‑I、AP‑II、AP‑III三类:
AP的参与度使用AP所属AP簇的多少及其服务用户数的多少进行衡量;AP‑I类仅属于一个AP簇且仅服务一个用户;AP‑II类仅属于一个AP簇但同时服务多个用户;AP‑III类属于多个AP簇;
预编码模块具体如下:AP‑I类采用最大比传输MRT预编码,AP‑II、AP‑III类采用迫零ZF预编码;
AP‑I类采用MRT预编码:以AP‑I i为例,假设该AP仅服务用户k,且与用户k之间的信道状态信息为hi,k,则预编码为
AP‑II/AP‑III类采用ZF预编码:以AP j为例,假设该AP服务的用户集合为 且与这些用户之间的信道状态信息为 则AP  j端的预编码为
进一步对各用户数据采用的预编码进行归一化处理,则各用户数据采
用的预编码wj,k为
发送功率划分模块具体如下:AP‑III类接入点对其发送功率在其所属AP簇间进行划分:
以AP‑III i为例,假设其所属AP簇包括 和 且其最大发送功率为pi,max;用于将AP i的发送功率pi,max划分为pi,l_max和pi,s_max,分别分配给 和
假设AP i为AP簇内用户k分配的发送功率为pi,k,则pi,l_max和pi,s_max表示为和 pi,l_max和pi,s_max通过各AP簇内服务用户数确定,如
其中 表示集合 的大小,或者,
pi,l_max和pi,s_max通过求解以下优化问题确定:
其中,ri,k表示AP i与AP簇内用户k间的接收信号强度, 和 分别表示 和 服务的用户集合;
功率分配模块具体如下:各AP簇间独立地进行功率分配,同时AP簇内所有AP采用集中式功率分配;
AP簇内所有AP采用的集中式功率分配中,以最大化接收信号强度为例,各AP的功率分配通过求解以下L个独立地优化问题确定:
其中,L为AP簇的个数,表示第l个AP簇, 表示AP簇 服务的用户集合, 表示 内用户k的接收信号强度,rk,min为用户k的最小接收信号强度需求。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于无线通信技术领域,涉及一种降低去蜂窝网络计算复杂度的发送端信号处理方法,具体是去蜂窝用户中心网络中基于AP不同参与度的功率分配方法及系统。

背景技术

[0002] 去蜂窝用户中心网络,通过引入“用户中心”理念及分布式协作的思想,打破小区服务边界,由用户根据其需求,在网络中密集部署的大量接入点(Access Point,AP)中选择合适的AP簇(AP Group,APG)协同为其服务,消除概念上的边缘用户,突破传统蜂窝网络因密集小区间干扰造成的性能瓶颈。已有研究表明,该网络架构在频谱效率和能量效率方面具有显著优势,得到了国内外研究学者的广泛关注,并被推荐作为6G的候选网络架构。
[0003] 在去蜂窝网络中,AP间信号处理的实现方式及方案是该网络架构需要研究的一个重要问题。此外,去蜂窝网络的分布式特性增加了发送端信号处理(包括功率控制和预编码)的复杂度。因此,复杂度是AP间信号处理实现方式及方案研究中需考虑的重要因素。
[0004] 在功率控制方面,该网络架构下功率控制有集中式和分布式两种实现方式:集中式方式,其由CPU进行功率分配,网络中密集的AP大大增加了该方式的复杂度。而分布式方式,则由各AP自行决定,复杂度低,但性能差。在预编码方面,目前大部分研究主张采用最大比传输(MRT)预编码,该方式仅需对AP本地信道估计向量进行共轭计算,不需要AP之间的协作及与CPU间的交互,计算复杂度低。然而,位于同一APG内距离较近的用户仍会带来较大的干扰。因此,需要进一步研究在复杂度和性能两方面具有良好折中的信号处理方案。

发明内容

[0005] 针对去蜂窝用户中心网络中信号处理方案复杂度高的问题,本发明提供了一种基于AP不同参与度的低复杂度功率分配方法及系统。
[0006] 本发明采取以下技术方案:
[0007] 去蜂窝网络中基于AP不同参与度的功率分配方法,按如下步骤进行:
[0008] 步骤1,根据AP的不同参与度,将AP分为三类;
[0009] 步骤2,各个AP进行本地预编码,根据所属类别采用差异化预编码方案;
[0010] 步骤3,第三类接入点对其发送功率在所属APG间进行划分;
[0011] 步骤4,各APG采用局部集中式进行功率分配。
[0012] 优选的,步骤1具体如下:根据AP的不同参与度,将AP分为AP‑I/AP‑II/AP‑III三类:
[0013] AP的参与度使用AP所属APG的多少及其服务用户数的多少进行衡量;AP‑I类仅属于一个APG且仅服务一个用户;AP‑II类仅属于一个APG但同时服务多个用户;AP‑III类属于多个APG。
[0014] 优选的,步骤2具体如下:AP‑I类采用最大比传输MRT预编码,AP‑II/AP‑III类采用迫零ZF预编码;
[0015] AP‑I类采用MRT预编码:以AP‑I i为例,假设该AP仅服务用户k,且与用户k之间的信道状态信息为hi,k,则预编码为
[0016] AP‑II/AP‑III类采用ZF预编码:以AP j为例,假设该AP服务的用户集合为 且与这些用户之间的信道状态信息为 则AP  j端的预编码为进一步对各用户数据采用的预编码进行归一化处理,则各用户数据采
用的预编码wj,k为
[0017] 优选的,步骤3具体如下:AP‑III类接入点对其发送功率在其所属APG间进行划分:
[0018] 以AP‑III i为例,假设其所属APG包括 和 且其最大发送功率为pi,max;用于将AP i的发送功率pi,max划分为pi,l_max和pi,s_max,分别分配给 和
[0019] 假设AP i为APG内用户k分配的发送功率为pi,k,则pi,l_max和pi,s_max表示为和 pi,l_max和pi,s_max通过各APG内服务用户数确定,如其中 表示集合 的大小,或者,
pi,l_max和pi,s_max通过求解以下优化问题确定:
[0020]
[0021] 其中,ri,k表示AP i与APG内用户k间的接收信号强度, 和 分别表示 和 服务的用户集合。
[0022] 优选的,步骤4具体如下:各APG间独立地进行功率分配,同时APG内所有AP采用集中式功率分配;
[0023] APG内所有AP采用的集中式功率分配中,以最大化接收信号强度为例,各AP的功率分配通过求解以下L个独立地优化问题确定:
[0024]
[0025] 其中,L为APG的个数, 表示第l个APG, 表示APG 服务的用户集合,表示 内用户k的接收信号强度,rk,min为用户k的最小接收信号强度需求。
[0026] 本发明还公开了一种去蜂窝网络中基于AP不同参与度的功率分配系统,包括如下模块:
[0027] AP分类模块,根据AP的不同参与度,将AP分为三类;
[0028] 预编码模块,对各个AP进行本地预编码,根据所属类别采用差异化预编码方案;
[0029] 发送功率划分模块,将第三类接入点对其发送功率在所属APG间进行划分;
[0030] 功率分配模块,对各APG采用局部集中式进行功率分配。
[0031] 优选的,AP分类模块具体如下:根据AP的不同参与度,将AP分为AP‑I/AP‑II/AP‑III三类:
[0032] AP的参与度使用AP所属APG的多少及其服务用户数的多少进行衡量;AP‑I类仅属于一个APG且仅服务一个用户;AP‑II类仅属于一个APG但同时服务多个用户;AP‑III类属于多个APG。
[0033] 优选的,预编码模块具体如下:AP‑I类采用最大比传输MRT预编码,AP‑II/AP‑III类采用迫零ZF预编码;
[0034] AP‑I类采用MRT预编码:以AP‑I i为例,假设该AP仅服务用户k,且与用户k之间的信道状态信息为hi,k,则预编码为
[0035] AP‑II/AP‑III类采用ZF预编码:以AP j为例,假设该AP服务的用户集合为 且与这些用户之间的信道状态信息为 则AP  j端的预编码为进一步对各用户数据采用的预编码进行归一化处理,则各用户数据采
用的预编码wj,k为
[0036] 优选的,发送功率划分模块具体如下:AP‑III类接入点对其发送功率在其所属APG间进行划分:
[0037] 以AP‑III i为例,假设其所属APG包括 和 且其最大发送功率为pi,max;用于将AP i的发送功率pi,max划分为pi,l_max和pi,s_max,分别分配给 和
[0038] 假设AP i为APG内用户k分配的发送功率为pi,k,则pi,l_max和pi,s_max表示为和 pi,l_max和pi,s_max通过各APG内服务用户数确定,如其中 表示集合 的大小,或者,
pi,l_max和pi,s_max通过求解以下优化问题确定:
[0039]
[0040] 其中,ri,k表示AP i与APG内用户k间的接收信号强度, 和 分别表示 和 服务的用户集合。
[0041] 优选的,功率分配模块具体如下:各APG间独立地进行功率分配,同时APG内所有AP采用集中式功率分配;
[0042] APG内所有AP采用的集中式功率分配中,以最大化接收信号强度为例,各AP的功率分配通过求解以下L个独立地优化问题确定:
[0043]
[0044] 其中,L为APG的个数, 表示第l个APG, 表示APG 服务的用户集合, 表示 内用户k的接收信号强度,rk,min为用户k的最小接收信号强度需求。
[0045] 针对去蜂窝用户中心网络中信号处理的高复杂度问题,本发明采用本地预编码及局部集中式功率分配相结合的混合实现方式,并针对不同参与度的AP采取差异化策略。首先,根据AP的不同参与度,将AP分为AP‑I/AP‑II/AP‑III三类。然后,各AP进行本地预编码,且不同类别AP采用差异化的预编码方案,其中,AP‑I类采用最大比传输预编码,AP‑II/AP‑III类采用迫零预编码。随后,AP‑III类接入点对其发送功率在其所属APG间进行划分。最后,各APG采用局部集中式的方式进行功率分配。与集中式方式相比,本发明可以降低去蜂窝网络中信号处理的计算复杂度。

实施方案

[0049] 下面结合附图对本发明优选实施例进行详细说明。
[0050] 本发明实施例的应用场景:包含大量AP、大量用户及CPU的去蜂窝网络。每个AP均通过回程链路连接到一个CPU,且多个CPU之间互连以实现AP间的协作。用户由各自APG内的所有AP协作为其服务。
[0051] 如图2所示,本实施例一种基于AP不同参与度的低复杂度功率分配方法,按如下步骤进行:
[0052] 步骤1根据AP的不同参与度,将AP分为AP‑I/AP‑II/AP‑III三类。
[0053] AP的参与度可以使用AP所属APG的多少及其服务用户数的多少进行衡量。例如,AP‑I类:仅属于一个APG且仅服务一个用户;AP‑II类:仅属于一个APG但同时服务多个用户;AP‑III类:属于多个APG。参见图1AP不同参与度示例。
[0054] 步骤2各个AP进行本地预编码,且根据其所属类别采用差异化预编码方案。其中,AP‑I类采用最大比传输(MRT)预编码,AP‑II/AP‑III类采用迫零(ZF)预编码。
[0055] AP‑I类采用MRT预编码:以AP‑I i为例。假设该AP仅服务用户k,且与用户k之间的信道状态信息为hi,k,则其预编码为
[0056] AP‑II/AP‑III类采用ZF预编码:以AP j为例。假设该AP服务的用户集合为 且与这些用户之间的信道状态信息为 那么,AP  j端的预编码为再进一步对各用户数据采用的预编码进行归一化处理,则各用户数据
采用的预编码wj,k为
[0057] 步骤3AP‑III类接入点对其发送功率在其所属APG间进行划分。
[0058] 以AP‑III i为例。假设其所属APG包括 和 且其最大发送功率为pi,max。本步骤用于将AP i的发送功率pi,max划分为pi,l_max和pi,s_max,分别分配给 和[0059] 假设AP i为APG内用户k分配的发送功率为pi,k,则pi,l_max和pi,s_max表示为和 pi,l_max和pi,s_max可以通过各APG内服务用户数确定,如 其中 表示集合 的大小。
或者,pi,l_max和pi,s_max可以通过求解以下优化问题确定:
[0060]
[0061] 其中,ri,k表示AP i与APG内用户k间的接收信号强度, 和 分别表示 和 服务的用户集合。以上优化问题可采用变量替换及凸优化结合的方法进行求解。
[0062] 步骤4各APG采用局部集中式的方式进行功率分配。具体地,各APG间独立地进行功率分配,同时APG内所有AP采用集中式功率分配。
[0063] APG内所有AP采用的集中式功率分配中,可以采用最大化接收信号强度、最大化用户速率、最小化能量消耗、最大化能量效率、公平性等多种不同的性能优化方案。以最大化接收信号强度为例,各AP的功率分配可以通过求解以下L个独立地优化问题确定:
[0064]
[0065] 其中,L为APG的个数, 表示第l个APG, 表示APG 服务的用户集合,表示 内用户k的接收信号强度,rk,min为用户k的最小接收信号强度需求。以上优化问题可采用凸优化方法进行求解。
[0066] 如图3所示,本实施例公开了一种去蜂窝网络中基于AP不同参与度的功率分配系统,包括依次连接的AP分类模块、预编码模块、发送功率划分模块、功率分配模块,各模块具体如下:
[0067] AP分类模块,根据AP的不同参与度,将AP分为三类;
[0068] 预编码模块,对各个AP进行本地预编码,根据所属类别采用差异化预编码方案;
[0069] 发送功率划分模块,将第三类接入点对其发送功率在所属APG间进行划分;
[0070] 功率分配模块,对各APG采用局部集中式进行功率分配。
[0071] 以下对各模块进行详细说明。
[0072] 本实施例中,AP分类模块根据AP的不同参与度,将AP分为AP‑I/AP‑II/AP‑III三类:
[0073] AP的参与度使用AP所属APG的多少及其服务用户数的多少进行衡量;AP‑I类仅属于一个APG且仅服务一个用户;AP‑II类仅属于一个APG但同时服务多个用户;AP‑III类属于多个APG。
[0074] 本实施例中,预编码模块具体如下:AP‑I类采用最大比传输MRT预编码,AP‑II/AP‑III类采用迫零ZF预编码;
[0075] AP‑I类采用MRT预编码:以AP‑I i为例,假设该AP仅服务用户k,且与用户k之间的信道状态信息为hi,k,则预编码为
[0076] AP‑II/AP‑III类采用ZF预编码:以AP j为例,假设该AP服务的用户集合为 且与这些用户之间的信道状态信息为 则AP  j端的预编码为进一步对各用户数据采用的预编码进行归一化处理,则各用户数据采
用的预编码wj,k为
[0077] 本实施例中,发送功率划分模块具体如下:AP‑III类接入点对其发送功率在其所属APG间进行划分:
[0078] 以AP‑III i为例,假设其所属APG包括 和 且其最大发送功率为pi,max;用于将AP i的发送功率pi,max划分为pi,l_max和pi,s_max,分别分配给 和
[0079] 假设AP i为APG内用户k分配的发送功率为pi,k,则pi,l_max和pi,s_max表示为和 pi,l_max和pi,s_max通过各APG内服务用户数确定,如其中 表示集合 的大小,或者,
pi,l_max和pi,s_max通过求解以下优化问题确定:
[0080]
[0081] 其中,ri,k表示AP i与APG内用户k间的接收信号强度, 和 分别表示 和 服务的用户集合。
[0082] 本实施例中,功率分配模块具体如下:各APG间独立地进行功率分配,同时APG内所有AP采用集中式功率分配;
[0083] APG内所有AP采用的集中式功率分配中,以最大化接收信号强度为例,各AP的功率分配通过求解以下L个独立地优化问题确定:
[0084]
[0085] 其中,L为APG的个数, 表示第l个APG, 表示APG 服务的用户集合, 表示 内用户k的接收信号强度,rk,min为用户k的最小接收信号强度需求。
[0086] 综上,本发明根据AP的不同参与度对AP进行分类,根据AP的不同参与度,采用差异化的预编码方案,采用APG间“先划分后独分”的功率分配策略。本发明可以降低去蜂窝网络中信号处理的计算复杂度。
[0087] 本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种调整或修改,这并不影响本发明的实质内容。

附图说明

[0046] 图1是AP不同参与度示例图。
[0047] 图2是基于AP不同参与度的低复杂度功率分配方法流程图。
[0048] 图3是基于AP不同参与度的低复杂度功率分配系统框图。
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