[发明专利]移动网络中H2H和M2M终端发射功率协同控制方法

摘要

一种移动网络中H2H和M2M终端发射功率协同控制方法，适用于无线通信技术领域使用。利用移动网络包括基站、H2H终端以及K个M2M终端组成，通过分别求解H2H终端和M2M终端的数据吞吐量和发射功率结合发射功率协同控制方法。其在保证H2H终端和M2M终端的数据吞吐量的同时，使M2M终端的发射功率最小，即满足了数据的传输要求，又降低了M2M终端的传输能耗。

主权项

1.一种移动网络中H2H和M2M终端发射功率协同控制方法，所述的移动网络包括基站、H2H终端以及K个M2M终端组成，且M2M终端的个数最少为1个，即要求K≥1，其中每个M2M终端上设有天线，H2H终端上分别设有用于信号发射和用于信号接收的两支天线，H2H终端为K个M2M终端与基站之间的无线中继节点，采用时、频域全双工数据中继传输数据，允许H2H终端和全部K个M2M终端在同一频段并发传输数据；H2H终端采用码分多址CDMA技术对K个M2M终端进行信道访问控制；其特征在于包括如下步骤：a.启动基站、H2H终端和所有M2M终端，H2H终端为所有K个M2M终端定义编号标签，开始传输数据时，所有K个M2M终端通过蜂窝网络的控制信息传输信道SDCCH,Stand‑Alone Dedicated Control Channel向H2H终端发送数据传输请求；H2H终端接收到所有K个M2M终端发出的数据传输请求信息后，通过SDCCH信道将请求信息转发至基站；基站根据接收到的K个M2M终端的数据传输请求信息为H2H终端平均分配K个信道用于传输K个M2M终端的数据，基站将信道分配信息通过H2H终端分别反馈给K个M2M终端；b.所有K个M2M终端通过分配的信道与H2H终端建立无线通信链路，H2H终端与基站建立无线通信链路；c.开始迭代运行，此时初始化系统参数F＝1；初始化并记录H2H终端以及全部K个M2M终端的总功率消耗P_A，其中，表示H2H终端可用的最大发射功率，表示第k个M2M终端可用的最大发射功率，ε是一个任意小的正实数；由于全部终端的功率分配之和不可能超过因此应设置初始运行的总功耗门限值P_A大于但是P_A大于的部分应不超过ε，即初始化对H2H终端的最优功率分配为：初始化对任意第k个M2M终端的最优功率分配为：式中：表示H2H终端可用的最小发射功率，表示第k个M2M终端可用的最小发射功率；d.H2H终端通过公共导频信道CPICH,Common Pilot Channel以及专用物理控制信道DPCCH,Dedicated Physical Control Channel获取H2H终端与基站之间的信道系数h_U,B，H2H终端的发射天线与接收电线之间的信道系数h_U,U，第k个M2M终端与基站之间的信道系数h_k,B，基站接收机的加性高斯白噪声n_B，H2H终端的加性高斯白噪声n_U；e.由于H2H终端和M2M终端为全双工并行发射通信，M2M终端的发射会对基站接收H2H终端的信息造成共信道干扰，因此M2M终端与基站之间存在干扰链路，利用M2M网关计算各自的信道增益参数：利用公式：γ_k,B＝|h_k,B|²/|n_B|²计算第k个M2M终端与基站之间的信道增益γ_k,B(k＝1,2,...,K)，利用公式：γ_k,U＝|h_k,U|²/|n_U|²计算第k个M2M终端与H2H终端之间的信道增益γ_k,U(k＝1,2,...,K)，利用公式：γ_U,B＝|h_U,B|²/|n_B|²计算H2H终端与基站之间的信道增益γ_U,B，利用公式：γ_U,U＝|h_U,U|²/|n_U|²计算H2H终端的发射天线与接收电线之间的信道增益γ_U,U；f.通过遍历H2H终端可能的发射功率，寻找是否能在传输时间T内满足H2H终端以及全部K个M2M终端的数据吞吐量需求，并且比当前功率分配方案消耗的总功率P_A更少的分配方案：先检测H2H终端的发射功率p_U是否超过最大值当满足时；再检查通过遍历H2H终端可能的发射功率，寻找是否能在传输时间T内满足H2H终端以及全部K个M2M终端的数据吞吐量需求，并且比当前功率分配方案消耗的总功率PA更少的分配方案是否能在传输时间T内满足H2H终端以及全部K个M2M终端的数据吞吐量需求，满足则标记系统参数F＝1(初始运行为F＝1)，当两者均满足时继续下个步骤，否则存在任意条件不满足则步骤结束；g.初始给定H2H终端的发射功率为以H2H终端和全部K个M2M终端的总功耗最小化为目的遍历寻找全部k个M2M终端的发射功率，依次判断k个M2M终端工作时的发射功率p_k是否超过其自身最大发射功率当满足条件时，说明其数据吞吐量R_k不满足条件：R_k≤L_k，设置系统参数F＝0，说明此时没有找到既满足H2H终端以及全部K个M2M终端的数据吞吐量需求，也不存在H2H终端以及全部K个M2M终端的总功耗最小化的最优方案，否则说明功率增加后，对所有M2M终端是可行的；针对H2H终端利用公式：继续计算H2H终端在传输时延约束T内的数据吞吐量R_U，利用公式：继续计算所有k个M2M终端在传输时延约束T内的数据吞吐量R_k；h.判断H2H终端在传输时延约束T内的数据吞吐量R_U与H2H终端向基站传输自身产生的比特数据L_U的关系，若满足R_U≥L_U，并且比较所有k个M2M终端在传输时延约束T内的数据吞吐量R_k与其自身需要向基站传输比特数据L_k的关系时，满足R_k≥L_k，则说明此时既满足H2H终端的发射功率数据的数据吞吐需，同时又满足M2M终端的发射功率数据的数据吞吐需，则此时的功率控制即为最优功率，步骤流程结束；判断H2H终端在传输时延约束T内的数据吞吐量R_U与H2H终端向基站传输自身产生的比特数据L_U的关系，若R_U＜L_U，说明此时第k个M2M终端的发射功率增加后自身的数据吞吐量R_U需求满足数据吞吐需求，但由于其功率增大，增加了对H2H终端的信道干扰，导致H2H终端的数据吞吐量R_U无法被满足，设置系统参数F＝0，结束本步骤执行步骤k；i.判断H2H终端在传输时延约束T内的数据吞吐量R_U与H2H终端向基站传输自身产生的比特数据L_U的关系，当满足R_U≥L_U时，判断在传输时间T内满足H2H终端以及全部K个M2M终端的数据吞吐量需求依次比较每个M2M终端在传输时延约束T内的数据吞吐量R_k与其自身需要向基站传输比特数据L_k，选取满足条件R_k<L_k的所有M2M终端，并在选出的M2M终端里选择具有最大信道增益γ_k,U的M2M终端，将具有最大信道增益γ_k,U的M2M终端的发射功率增加为：p_k＝p_k+Δp_M，其中Δp_M＞0表示M2M终端可用的两个相邻发射功率之间的差值，判断增加发射功率后的M2M终端此时的发射功率是否超过最大额定功率，如果超过则结束流程，如果满足则利用公式：重新计算H2H终端在传输时延约束T内的数据吞吐量R_U，利用公式：重新计算所有k个M2M终端在传输时延约束T内的数据吞吐量R_k，如果不满足则设置系统参数为F＝0，方法步骤结束；j.比较H2H终端在传输时延约束T内重新计算的数据吞吐量R_U与H2H终端向基站传输自身产生的比特数据L_U的关系，满足R_U≥L_U时，依次比较所有k个M2M终端在传输时延约束T内重新计算的数据吞吐量R_k与其自身需要向基站传输比特数据L_k，满足R_k≥L_k时，则将当前对H2H终端的功率分配p_U，以及对K个M2M终端的功率分配p_k(k＝1,2,...,K)置为最优功率分配；更新全部K个M2M终端的总功率消耗为：判断此时的系统参数F是否为1，当F＝1时，则流程结束，获得最优功率分配方案；若H2H终端不满足R_U≥L_U时，则设置系统参数为F＝0，方法步骤结束；若当前M2M终端不满足R_k≥L_k时，则选择下一个M2M终端返回步骤i执行；k.判断此时的系统参数F＝0时，则说明当前方案不可行，但是还没有遍历完所有的方案，因此在开始下一次测试前将F复位为1，增加H2H终端的发射功率p_U为p_U＝p_U+Δp_U，返回步骤c重新迭代。