[发明专利]分层M2M网络中网关和终端发射功率的协同控制方法

摘要

一种分层M2M网络中网关和终端发射功率的协同控制方法，适用于无线通信领域使用。使用全双工中继传输建立无线通信链路，获取无线M2M网关的信道状态参数和，获取无线M2M终端的信道状态参数和后计算网络中的信道增益，在满足每个无线M2M终端的数据吞吐量的情况下，计算发射功率控制参数，从而实现网关和终端发射功率的协同控制方法。有效改善终端至网关链路以及网关至基站链路的信号功率与干扰噪声功率比例即信干噪比，从而最小化M2M终端的能耗、满足M2M通信的最小时延要求，并有效提高蜂窝网络的频谱资源利用率。

主权项

1.一种分层M2M网络中网关和终端发射功率的协同控制方法，利用M2M网络系统构成分层M2M网络，所述的M2M网络系统包括基站和无线M2M群组，所述无线M2M群组由无线M2M网关和K，K≥1个无线M2M终端组成，每个无线M2M终端上设有一支天线，无线M2M网关上分别设有用于信号发射和用于信号的接收的两支天线，其中，无线M2M网关为无线移动设备，无线M2M网关为K个无线M2M终端与基站之间信息连接的中继节点，无线M2M网关与无线M2M终端之间采用时、频域全双工数据中继技术，允许M2M网关和任一M2M终端在同一频段并发传输数据，其特征在于所述网关和终端发射功率的协同控制方法步骤如下：a.启动M2M网络系统构建分层M2M网络：利用控制信息传输信道建立无线M2M网关和基站之间的链接，为M2M群组中的K个无线M2M终端定义标签编号，K个无线M2M终端通过蜂窝网络的控制信息传输信道(SDCCH，Stand‑Alone Dedicated Control Channel)向无线M2M网关发送数据传输请求；无线M2M网关接收到无线M2M终端发出的数据传输请求信息后将请求信息通过SDCCH信道转发至基站；基站根据预设的单位周期时间内接收到的所有无线M2M网关数据传输请求信息后，为M2M网关分配K个信道用于传输K个M2M终端的数据，基站将总信道平均分成K个信道后为每个信道顺序编号，基站将K个分配信道信息利用SDCCH信道反馈给无线M2M网关并转发至K个M2M终端，即将第i个信道分配给第i个M2M终端进行数据传输；b.根据LTE/LTE‑A蜂窝网络无线链路控制协议(RLC，Radio Link Control)，每个无线M2M终端通过所分配的信道与无线M2M网关建立无线通信链路，无线M2M网关与基站建立无线通信链路；c.无线M2M网关通过LTE网络提供的公共导频信道(CPICH，Common Pilot Channel)以及专用物理控制信道(DPCCH，Dedicated Physical Control Channel)获取其自身与基站之间的工作信道状态参数h_G，B和h_G，G，每个无线M2M终端通过SDCCH信道将自身获取的信道状态参数h_i，G和h_i，B，并附上自身编号标签后反馈至无线M2M网关，h_i，B是M2M终端自身与基站工作信道的信道状态参数，h_i，G是每个无线M2M终端获取其自身与无线M2M网关工作信道的信道状态；d.无线M2M网关计算信道增益参数：由于无线M2M网关和无线M2M终端之间以并行发射的方式进行无线广播，无线M2M终端的发射会对基站接收无线M2M网关的数据造成共信道干扰，因此将无线M2M终端与基站之间的链路可以看作是一个干扰链路，无线M2M网关利用公式：计算任意第i个无线M2M终端与基站之间干扰链路的信道增益γ_i，B，利用公式：计算第i个无线M2M终端与无线M2M网关之间干扰链路的信道增益γ_i，G，利用公式计算无线M2M网关与基站之间的信道增益γ_G，B，利用公式计算无线M2M网关自身的发射天线与接收电线之间的信道增益γ_S，I，式中n_B是基站接收机的噪声系数，n_G是M2M网关接收机的噪声系数，h_S，I是M2M网发射机至接收机的信道系数；e.无线M2M网关通过线M2M终端反馈的信道状态参数h_i，G和h_i，B，利用公式：计算控制第i个无线M2M终端所需要的发射功率参数无线M2M网关利用公式：计算控制无线M2M网关自身的发射功率参数无线M2M网关使用功率中继第i个无线M2M终端的数据，式中为传输周期T内第i个M2M终端需要向基站传输的比特数据，w为分配给第i(i＝1，2，...，K)个M2M终端的传输带宽；f.无线M2M网关通过判断：当第i个无线M2M终端的实际发射功率与第i个无线M2M终端额定最大发射功率P_M的关系为并且无线M2M网关的实际发射功率参数与无线M2M网关为中继第i个无线M2M终端的数据额定最大发射功率P_G的关系为时，则无线M2M网关设置第i个无线M2M终端的最优发射功率设置中继第i个无线M2M终端数据的最优发射功率否则，当或者时，则无线M2M网关设置第i个无线M2M终端的最优发射功率为设置中继第i个无线M2M终端数据的最优发射功率为g.无线M2M网关依次针对每个无线M2M终端重复步骤f获得所有K个无线M2M终端的最优功率控制策略并将最优功率控制策略分别反馈给相对应编号的所有无线M2M终端从而完成一次无线M2M网关和无线M2M终端发射功率的协同控制流程；h.根据需要重复步骤a开始下一个数据传输周期。