无线通信系统的链路建立方法技术方案

无线通信系统的链路建立方法，属于无线电传输系统技术领域，建立一个树状拓扑，内设父节点和子节点；每个子节点，有且只有一个父节点；给定基站的地理分布，每个基站BSi的总天线数为Ni，找到每个基站BSi的父节点，并在每个链路的两侧分配传输天线，使得所有基站效用总值最大化。本方案，在选择路由的同时动态调整天线分配，以提高用户的整体满意度。根据链路的通道状况以及可用的天线和基站的地理位置，构建无线异构网络回程拓扑，并调整每个链路的发射和接收天线，以最大程度地提升整体效用。以最大程度地提升整体效用。以最大程度地提升整体效用。

【技术实现步骤摘要】
无线通信系统的链路建立方法


[0001]本专利技术属于无线电传输系统
，具体涉及无线通信系统的链路建立方法。

技术介绍

[0002]目前，大规模输入输出天线阵列、异构无线回程网络被认为是5G领域的领先技术和研究热点。
[0003]大规模输入输出天线阵列，是指基站配置多根天线的发射端和接收端，能够同时使用多根天线对信号进行收发，并通过波束赋形预编码等技术可以实现频谱效率的最大化，以提高信号质量和传输容量。
[0004]异构无线回程网络，允许具有不同网络标准的用户设备访问小型社区，而小型社区的基站则通过多跳连接方式访问宏基站以构成无线回程网络。异构网络，仍存在技术难点，例如，大量用户的通道全频多路复用以及无线回程链路的带宽和时延限制导致社区之间的干扰非常强烈。
[0005]在异构无线回程网络中，使用大规模输入输出天线阵列，使用可调整的网络拓扑结构和收发天线数量，可以有效减少信号干扰并增加通道容量。颉满刚、贾向东等人在《基于带内无线回程的HetNets安全性能研究》（《计算机工程》，2018年第44卷第5期，101~106页）提出了一种带内全双工地无线回程方案，在大规模多入多出(MIMO)双层HetNets中，宏蜂窝和小蜂窝通信链路受恶意窃听者窃听，将无线回程信号作为宏蜂窝与小蜂窝通信的干扰信号，以增强通信链路质量。但是，其主要是探讨了宏蜂窝下行和小蜂窝上行链路的安全概率，并没有研究如何有效平衡各个接入点的负载，以最大化系统输送量。
[0006]异构无线回程网络，基站通常通过树状拓扑进行连接，其原因在于，树状拓扑易于扩展，方便在网络中添加新的节点，以应对因为流量的爆炸式增长而产生的大量接入点的需求。树状拓扑，宏基站（MBS）作为树的根节点，其他普通基站作为树的分支，建立了普通基站连接到云端服务器的多跳连接。每个回程网络都存在许多可供选择的树状拓扑，并且不同的拓扑都有对应的最佳基站天线分配，因此根据每个基站负载情况来调整网络拓扑并对基站的上下行天线进行合理的部署，将能够提升网络容量，平衡基站间的负载，获得最大的系统效用。
[0007]现有的天线分配方案基于固定的网络拓扑，没有考虑到拓扑结构变化时的天线分配策略。而且，基站每增加一根传输天线所产生的效用增益是非线性的。因此，确定树状拓扑的链路建立方式以及其所对应的最佳基站天线分配方案，是个难题。
[0008]因此，在异构无线回程网络的路由构建过程中，如何有效地调整网络拓扑结构以及分配每个基站的天线，以提高用户的整体满意度，是亟需解决的难题。

技术实现思路

[0009]鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供无线通信系统的链路建立方法。
[0010]为了达到上述目的，本专利技术采取了以下的技术方案。
[0011]无线通信系统的链路建立方法，建立一个树状拓扑，内设父节点和子节点；每个子节点，有且只有一个父节点；给定基站的地理分布，每个基站BS
i
的总天线数为N
i
，找到每个基站BS
i
的父节点，并在每个链路的两侧分配传输天线，使得所有基站效用总值最大化，且需要满足以下条件：条件1：每个基站BS
i
的最大链路数据速率取决于链路两侧的基站的收发天线;条件2：每个基站BS
i
的上下行天线之和不能超过其总天线;条件3：基站BS
i
服务于其自身用户的上行链路速度是等于总链路数据速率减去子节点的总速度，并且它是非负的;条件4：每个基站BS
i
的子节点必须比其距离宏基站BS1更远。
[0012]所有基站效用总值：∑
i∈BS
U
i
(r
i
)，其中，U
i
(r
i
)表示基站BS
i
的效用值，其为：；f
i
表示负载因子，代表由基站BS
i
服务的用户的数量；r
i
表示基站BS
i
服务于其自身用户的上行链路速度。
[0013]无线通信系统的链路建立方法，包括以下步骤：步骤1，将所有非宏基站直接连接到宏基站上，然后，将天线预分配给所有基站,生成初始的拓扑和初始的预分配天线；在此拓扑中，宏基站以取得最大的效用值为目标将其所有天线分配给其他基站；步骤2，按照其与宏基站的距离的递增顺序，遍历每个基站，并比较每个接入点基站可能的父节点的效用增量，最后将具有最大效用增量的基站确定为接入点基站的父节点。
[0014]步骤1包括以下步骤：步骤101，将系统最大效用U
max
和分配第N根天线后的系统暂时总效用U
total
均设置为零；步骤102，将一根天线分配给子节点基站，计算添加天线后每个基站的效用值，然后汇总每个基站的效用值，得到该添加天线后的系统暂时总效用U
total
；步骤103，根据步骤102，遍历所有非宏基站，将分配天线后的最大的系统暂时总效用U
total
作为分配该天线的系统最大效用U
max
；将天线分配给获得系统最大效用U
max
的基站BS
i
；步骤104，重复步骤102和步骤103，依次分配N
i
天线，直到分配完成，并获得初始预分配天线集s（i）。
[0015]步骤2包括以下步骤：步骤201，列出基站BS
i
的候选父节点集V
i
，其包括到该基站到候选父节点的距离小于该基站到宏基站的距离；候选父节点集V
i
非空的为接入点基站；步骤202，遍历并分析候选父节点集V
i
中候选父节点的效用增量：将非宏基站的第一个基站指定为子树的根节点，即m
a
；记录子树的根节点m
a
的子树效用的最大值U
MAX
，并且令天线被BS
i
预分配之后获得的效用值为U
i
；两者之差是重新连接后获得的效用增量；将具有最大效用增量的候选父节点确定为基站BS
i
的父节点；步骤203，重复步骤201和步骤202，直到遍历完所有非宏基站。
[0016]步骤202中，计算子树根节点m
a
的子树效用的最大值U
MAX
过程如下：所有基站按离宏基站BS1的最近距离到最远距离的顺序分配它们的N
i
个天线；对基站BS
i
的第 n 根天线，设置判断因子 c：如果，则c=1，子节点基站BS
i
增加一根天线；否则，c=0 时，子节点基站BS
i
不会增加天线的数量。
[0017]本方案，在选择路由的同时动态调整天线分配，以提高用户的整体满意度。根据链路的通道状况以及可用的天线和基站的地理位置，构建无线异构网络回程拓扑，并调整每个链路的发射和接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.无线通信系统的链路建立方法，其特征在于，建立一个树状拓扑，内设父节点和子节点；每个子节点，有且只有一个父节点；给定基站的地理分布，每个基站BS
i
的总天线数为N
i
，找到每个基站BS
i
的父节点，并在每个链路的两侧分配传输天线，使得所有基站效用总值最大化，且需要满足以下条件：条件1：每个基站BS
i
的最大链路数据速率取决于链路两侧的基站的收发天线；条件2：每个基站BS
i
的上下行天线之和不能超过其总天线；条件3：基站BS
i
服务于其自身用户的上行链路速度是等于总链路数据速率减去子节点的总速度，并且它是非负的；条件4：每个基站BS
i
的子节点必须比其距离宏基站BS1更远。2.根据权利要求1所述的无线通信系统的链路建立方法，其特征在于，所有基站效用总值：∑
i∈BS
U
i
(r
i
)，其中，U
i
(r
i
)表示基站BS
i
的效用值，其为：；f
i
表示负载因子，代表由基站BS
i
服务的用户的数量；r
i
表示基站BS
i
服务于其自身用户的上行链路速度。3.根据权利要求1或2所述的无线通信系统的链路建立方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将所有非宏基站直接连接到宏基站上，然后，将天线预分配给所有基站，生成初始的拓扑和初始的预分配天线；在此拓扑中，宏基站以取得最大的效用值为目标将其所有天线分配给其他基站；步骤2，按照其与宏基站的距离的递增顺序，遍历每个基站，并比较每个接入点基站可能的父节点的效用增量，最后将具有最大效用增量的基站确定为接入点基站的父节点。4.根据权利要求3所述的无线通信系统的链路建立方法，其特征在于，步骤1包括以下步骤：步骤101，将系统最大效用U
max
和分配第N根天线后的系统暂时总效用U
total
均设置为零；步骤102，将一根天线分配给子节点基站，计算添加天线后每个基站的效用值，然后汇总每个基站的效用值，得到该添加天线后的系统暂时总效用U
total
；步骤103，根据步骤102，遍历所有非宏基站，将分配天线后的最大的系统暂时总效用U
total
作为分配该天线的系统最大效用U
max
；将天线分配给获得系统最大效用U
...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏维锋，
申请(专利权)人：杭州纵横通信股份有限公司，
类型：发明
国别省市：