一种面向业务需求的无蜂窝大规模MIMO网络接入点部署方法

一种面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络接入点部署方法
技术领域
1.本公开涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络接入点部署方法。


背景技术：

2.无蜂窝大规模(multiple-input multiple-output，mimo)是在分布式天线系统的基础上共同提出的，旨在解决5g部署中传统蜂窝通信网络的小区间干扰严重与频繁越区切换等问题。无蜂窝大规模mimo系统在覆盖范围内分布部署大量低成本的分布式无线访问节点(access point，ap)，通过回程链路连接到中央处理单元，多个ap形成协作集合利用相同的时频资源为用户提供服务。
3.在无蜂窝大规模mimo系统中，ap的部署位置直接影响系统的性能。为了提供均匀一致的覆盖，传统的部署方案中假设ap数量远远大于用户的个数，且随机、均匀地分布在一定区域内。但是无线环境差异巨大，即使在同一覆盖范围内由于建筑物的遮挡、用户密度、业务类型差异，用户的业务需求和所需传输能力呈现非均匀分布的特点，并且在每个单位区域内具有不同的统计特征。如果仅在整个覆盖区域上优化整体的性能指标，会导致在低业务密度区域中传输能力的利用效率低，在高业务密度区域传输能力的不足。
4.因此，有必要提供一种新的技术方案改善上述方案中存在的一个或者多个问题。
5.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

6.本公开的目的在于提供一种面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络接入点部署方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
7.根据本公开实施例提供的一种面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络接入点部署方法，包括：
8.将覆盖区域划分成n个单位区域，统计所有所述单位区域内的业务需求的速率需求；
9.初始化无线访问节点的部署位置，计算任意一个所述单位区域内的所有用户的和速率；
10.根据任意一个所述单位区域的所述速率需求和任意一个所述单位区域的所有用户的所述和速率，计算任意一个所述单位区域的服务能力；
11.根据任意一个所述服务能力和优化目标建立优化问题模型，并对所述优化问题模型进行优化，输出所述无线访问节点的最优部署位置。
12.本公开的实施例中，所述初始化无线访问节点的部署位置，计算任意一个所述单位区域内的所有用户的和速率，包括：
13.根据任意一个所述用户的信干噪比，计算任意一个所述单位区域内的所有用户的和速率。
14.本公开的实施例中，在时分双工模式下，m个所述无线访问节点利用相同的时频资源服务k个用户，每个所述无线访问节点配置n
t
根天线，在中央处理器处利用全导频迫零组合器抑制用户之间干扰，则任意一个所述用户的信干噪比可表示为：
[0015][0016]
其中，ρ表示上行发射功率，τ表示导频序列的长度，m表示无线访问节点的数量，m表示第m个无线访问节点，k表示所有用户的数量，ξ
mk
是第m个无线访问节点与第k个用户之间估计信道的均方值，i表示第i个用户，β
mi
是大尺度衰落系数，n
t
表示配置的天线的数量。
[0017]
本公开的实施例中，将所述无线访问节点的部署位置用二元决策向量x∈r
l
×1表示，x
l
＝1表示在第l个备选位置部署所述无线访问节点，则任意一个所述单位区域内的所有用户的传输能力，可以表示任意一个所述单位区域内的所有用户的和速率，任意一个所述单位区域内的所有用户的和速率表示为：
[0018][0019]
其中，cn(x)表示任意一个单位区域内的所有用户的和速率，表示第n个单位区域，k∈an表用户k位于第n个单位区域内，ξ
lk
表示第l个无线访问节点与第k个用户之间估计信道的均方值，l表示备选位置的数量，x表示无线访问节点的部署位置。
[0020]
本公开的实施例中，任意一个所述单位区域的服务能力为：
[0021][0022]
其中，υn(x)表示任意一个所述单位区域的服务能力，表示任意一个所述单位区域的所述速率需求。
[0023]
本公开的实施例中，所述优化问题模型为：
[0024][0025]
其中，σ为优化目标，c
min
表示最低传输速率。
[0026]
本公开的实施例中，所述对所述优化问题模型进行优化，输出所述无线访问节点
的最优部署位置，包括：
[0027]
若所有所述单位区域的服务能力达到所述优化目标，且所述和速率满足最低传输速率要求，则输出所述无线访问节点的最优部署位置；
[0028]
否则迭代更新所述无线访问节点的部署位置。
[0029]
本公开的实施例中，所述迭代更新所述无线访问节点的部署位置的过程为：
[0030][0031]
其中，q表示当前迭代，表示无线访问节点的q次迭代的备选部署位置，表示无线访问节点的q+1次迭代的备选部署位置，ε为学习率，α为0到1之间的值；
[0032]yn
的定义为：
[0033][0034]
将求解后，x向量中较大的m个值置1，其余值置0，m为无线访问节点的部署个数。
[0035]
本公开的实施例中，所述迭代更新所述无线访问节点的部署位置，之后包括：
[0036]
直至所有所述单位区域的服务能力达到所述优化目标，且所述和速率满足最低传输速率要求，停止迭代并输出所述无线继而访问节点的最优部署位置。
[0037]
本公开的实施例中，所述无线访问节点的部署个数由所述覆盖区域的面积确定。
[0038]
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0039]
本公开的一种实施例中，通过上述方法，通过任意一个单位区域的速率需求和所有用户的和速率，建立了一个以服务能力为指标的理论模型，从而反映了不同的业务需求与单位区域传输能力之间的匹配程度，在此理论模型的基础上，通过优化ap的部署位置，使每个单位区域的业务需求和传输能力相匹配，防止在低业务区域部署过多ap而降低系统能耗，确保每个单位区域内的最低传输速率要求的同时，提高系统能量效率。
[0040]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
[0041]
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]
图1示意性示出本公开示例性实施例中一种面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络接入点部署方法的步骤流程图；
[0043]
图2示意性示出本公开示例性实施例中面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络流程图；
[0044]
图3示意性示出本公开示例性实施例中ap部署的流程图。
具体实施方式
[0045]
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
[0046]
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
[0047]
为了与无线业务更好融合设计，提升系统能效，无蜂窝大规模mimo系统的网络传输能力设计应考虑移动用户和无线业务在地理位置上非均匀分布的特征，在部署ap时应面向用户业务需求的实际因素，在复杂的电磁环境实现一致良好的用户体验，从而提升无蜂窝大规模mimo系统的能量效率，实现绿色通信。
[0048]
如图2所示，6g的全域覆盖场景呈现出丰富的多样性，终端用户、无线业务在不同单位区域内并非均匀或随机的物理分布。用户体验和网络中流量消耗具有一定的区域统计特征，尤其在工业园区、矿区港口等面向企业用户的专网场景，比面向消费用户场景更为明显。为了使网络服务能力精准匹配用户需求，本示例实施方式中提供了一种面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络接入点部署方法，该方法可以包括：
[0049]
步骤s101：将覆盖区域划分成n个单位区域，统计所有所述单位区域内的业务需求的速率需求。
[0050]
步骤s102：初始化无线访问节点的部署位置，计算任意一个所述单位区域内的所有用户的和速率。
[0051]
步骤s103：根据任意一个所述单位区域的所述速率需求和任意一个所述单位区域的所有用户的所述和速率，计算任意一个所述单位区域的服务能力。
[0052]
步骤s104：根据任意一个所述服务能力和优化目标建立优化问题模型，并对所述优化问题模型进行优化，输出所述无线访问节点的最优部署位置。
[0053]
需要理解的是，面向业务需求的ap部署流程如图3所示，将覆盖区域划分为n个单位区域以便于统计所有单位区域内的速率需求即可得出任意一个单位区域内的速率需求，其中，任意一个单位区域内的速率需求，可根据部署ap的数量与覆盖区域的面积选取n的数量。
[0054]
随后初始化ap的部署位置x，从而计算任意一个单位区域内的所有用户的可达传输速率cn(x)，也即任意一个单位区域内的所有用户的和速率。将cn(x)与的比值定义为第n个单位区域内的服务能力υn(x)，如果所有单位区域内的服务能力都达到了优化目标σ，同时cn(x)满足最低传输速率要求c
min
，就输出ap的最优部署位置x
opt
(也即ap的最优部署方案)，否则进行ap部署优化并求解，更新部署位置x，直到满足上述停止条件。
[0055]
通过上述方法，通过任意一个单位区域的速率需求和所有用户的和速率，建立了一个以服务能力为指标的理论模型，从而反映了不同的业务需求与单位区域传输能力之间的匹配程度，在此理论模型的基础上，通过优化ap的部署位置，使每个单位区域的业务需求和传输能力相匹配，防止在低业务区域部署过多ap而降低系统能耗，确保每个单位区域内的最低传输速率要求的同时，提高系统能量效率。
[0056]
下面，将参考图1至图3对本示例实施方式中的上述方法的各个步骤进行更详细的说明。
[0057]
在一个实施例中，所述初始化无线访问节点的部署位置，计算任意一个所述单位区域内的所有用户的和速率，包括：
[0058]
根据任意一个所述用户的信干噪比，计算任意一个所述单位区域内的所有用户的和速率。
[0059]
需要理解的是，任意一个单位区域内的所有用户的和速率(也即传输速率)可通过任意一个用户的信干噪比来计算得出。任意一个单位区域内的所有用户的和速率的具体计算方式在下述实施例中阐述。
[0060]
在一个实施例中，在时分双工模式下，m个所述无线访问节点利用相同的时频资源服务k个用户，每个所述无线访问节点配置n
t
根天线，在中央处理器处利用全导频迫零组合器抑制用户之间干扰，则任意一个所述用户的信干噪比可表示为：
[0061][0062]
其中，ρ表示上行发射功率，τ表示导频序列的长度，m表示无线访问节点的数量，m表示第m个无线访问节点，k表示所有用户的数量，ξ
mk
是第m个无线访问节点与第k个用户之间估计信道的均方值，i表示第i个用户，β
mi
是表示第m个无线访问节点与第i个用户之间的大尺度衰落系数，n
t
表示配置的天线的数量。
[0063]
需要理解的是，在计算任意一个单位区域内的所有用户的和速率之前，先计算任意一个用户的信干噪比，具体可根据公式(1)计算任意一个用户的信干噪比。
[0064]
在一个实施例中，将所述无线访问节点的部署位置用二元决策向量x∈r
l
×1表示，x
l
＝1表示在第l个备选位置部署所述无线访问节点，则任意一个所述单位区域内的所有用户的传输能力，可以表示任意一个所述单位区域内的所有用户的和速率，任意一个所述单位区域内的所有用户的和速率表示为：
[0065][0066]
其中，cn(x)表示任意一个单位区域内的所有用户的和速率，表示第n个单位区域，k∈an表用户k位于第n个单位区域内，ξ
lk
表示第l个无线访问节点与第k个用户之间估计
信道的均方值，ξ
li
表示第l个无线访问节点与第i个用户之间估计信道的均方值，l表示备选位置的数量，x表示无线访问节点的部署位置，β
li
表示第l个无线访问节点与第i个用户之间的大尺度衰落系数。
[0067]
需要理解的是，在根据公式(1)计算出任意一个用户的信干噪比后，然后根据公式(2)计算任意一个单位区域内的所有用户的和速率。
[0068]
在一个实施例中，任意一个所述单位区域的服务能力为：
[0069][0070]
其中，υn(x)表示任意一个所述单位区域的服务能力，表示任意一个所述单位区域的所述速率需求。
[0071]
需要理解的是，根据任意一个单位区域内的所有用户的和速率和任意一个所述单位区域的速率需求，建立了任意一个单位区域的服务能力的理论模型，即为公式(3)。
[0072]
在一个实施例中，所述优化问题模型为：
[0073][0074]
其中，σ为优化目标，c
min
表示最低传输速率。
[0075]
需要理解的是，基于任意一个单位区域的服务能力、优化目标和最低传输速率，建立优化问题模型，优化问题模型如公式(4)所示。
[0076]
在一个实施例中，所述对所述优化问题模型进行优化，输出所述无线访问节点的最优部署位置，包括：
[0077]
若所有所述单位区域的服务能力达到所述优化目标，且所述和速率满足最低传输速率要求，则输出所述无线访问节点的最优部署位置；
[0078]
否则迭代更新所述无线访问节点的部署位置。
[0079]
需要理解的是，在建立好优化问题模型后，需要对优化问题模型进行优化。在对优化问题模型进行优化的过程，具体需要判断所有单位区域的服务能力是否达到优化目标，且所有用户的和速率是否达到最低传输速率要求。如果所有单位区域的服务能力达到优化目标，以及所有用户的和速率满足最低传输速率要求，则输出无线访问节点ap的最优部署位置；反之，则迭代更新无线访问节点的部署位置。
[0080]
在一个实施例中，所述迭代更新所述无线访问节点的部署位置的过程为：
[0081][0082]
其中，q表示当前迭代，表示无线访问节点的q次迭代的备选部署位置，表示无线访问节点的q+1次迭代的备选部署位置，ε为学习率，α为0到1之间的值；ξ
ln
表示第l个无
线访问节点与第n个用户之间估计信道的均方值，ξ
jn
表示第j个无线访问节点与第n个用户之间估计信道的均方值；
[0083]yn
的定义为：
[0084][0085]
其中，kn为第n个单位区域内的用户数量，δ(x)的定义为：
[0086][0087]
将求解后，x向量中较大的m个值置1，其余值置0，m为无线访问节点的部署个数。其中，无线访问节点的部署个数主要由覆盖区域的面积确定表示。
[0088]
在一个实施例中，所述迭代更新所述无线访问节点的部署位置，之后包括：
[0089]
直至所有所述单位区域的服务能力达到所述优化目标，且所述和速率满足最低传输速率要求，停止迭代并输出所述无线继而访问节点的最优部署位置。
[0090]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

技术特征：
1.一种面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络接入点部署方法，其特征在于，包括：将覆盖区域划分成n个单位区域，统计所有所述单位区域内的业务需求的速率需求；初始化无线访问节点的部署位置，计算任意一个所述单位区域内的所有用户的和速率；根据任意一个所述单位区域的所述速率需求和任意一个所述单位区域的所有用户的所述和速率，计算任意一个所述单位区域的服务能力；根据任意一个所述服务能力和优化目标建立优化问题模型，并对所述优化问题模型进行优化，输出所述无线访问节点的最优部署位置。2.根据权利要求1所述面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络接入点部署方法，其特征在于，所述初始化无线访问节点的部署位置，计算任意一个所述单位区域内的所有用户的和速率，包括：根据任意一个所述用户的信干噪比，计算任意一个所述单位区域内的所有用户的和速率。3.根据权利要求2所述面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络接入点部署方法，其特征在于，在时分双工模式下，m个所述无线访问节点利用相同的时频资源服务k个用户，每个所述无线访问节点配置n
t
根天线，在中央处理器处利用全导频迫零组合器抑制用户之间干扰，则任意一个所述用户的信干噪比可表示为：其中，ρ表示上行发射功率，τ表示导频序列的长度，m表示无线访问节点的数量，m表示第m个无线访问节点，k表示所有用户的数量，ξ
mk
是第m个无线访问节点与第k个用户之间估计信道的均方值，i表示第i个用户，β
mi
是大尺度衰落系数，n
t
表示配置的天线的数量。4.根据权利要求3所述面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络接入点部署方法，其特征在于，将所述无线访问节点的部署位置用二元决策向量x∈r
l
×1表示，x
l
＝1表示在第l个备选位置部署所述无线访问节点，则任意一个所述单位区域内的所有用户的传输能力，表示任意一个所述单位区域内的所有用户的和速率，任意一个所述单位区域内的所有用户的和速率表示为：其中，c
n
(x)表示任意一个单位区域内的所有用户的和速率，表示第n个单位区域，k∈a
n
表用户k位于第n个单位区域内，ξ
lk
表示第l个无线访问节点与第k个用户之间估计信道的均方值，l表示备选位置的数量，x表示无线访问节点的部署位置。5.根据权利要求4所述面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络接入点部署方法，其特
征在于，任意一个所述单位区域的服务能力为：其中，υ
n
(x)表示任意一个所述单位区域的服务能力，表示任意一个所述单位区域的所述速率需求。6.根据权利要求5所述面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络接入点部署方法，其特征在于，所述优化问题模型为：其中，σ为优化目标，c
min
表示最低传输速率。7.根据权利要求6所述面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络接入点部署方法，其特征在于，所述对所述优化问题模型进行优化，输出所述无线访问节点的最优部署位置，包括：若所有所述单位区域的服务能力达到所述优化目标，且所述和速率满足最低传输速率要求，则输出所述无线访问节点的最优部署位置；否则迭代更新所述无线访问节点的部署位置。8.根据权利要求7所述面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络接入点部署方法，其特征在于，所述迭代更新所述无线访问节点的部署位置的过程为：其中，q表示当前迭代，表示无线访问节点的q次迭代的备选部署位置，表示无线访问节点的q+1次迭代的备选部署位置，ε为学习率，α为0到1之间的值；y
n
的定义为：将求解后，x向量中较大的m个值置1，其余值置0，m为无线访问节点的部署个数。9.根据权利要求8所述面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络接入点部署方法，其特征在于，所述迭代更新所述无线访问节点的部署位置，之后包括：直至所有所述单位区域的服务能力达到所述优化目标，且所述和速率满足最低传输速率要求，停止迭代并输出所述无线继而访问节点的最优部署位置。10.根据权利要求8所述面向业务需求的无蜂窝大规模mimo网络接入点部署方法，其特
征在于，所述无线访问节点的部署个数由所述覆盖区域的面积确定。

技术总结
本公开是关于一种面向业务需求的无蜂窝大规模MIMO网络接入点部署方法。包括：将覆盖区域划分成N个单位区域，统计所有单位区域内的业务需求的速率需求；初始化无线访问节点的部署位置，计算任意一个单位区域内的所有用户的和速率；根据任意一个单位区域的速率需求和任意一个单位区域的所有用户的和速率，计算任意一个单位区域的服务能力；根据任意一个服务能力和优化目标建立优化问题模型，并对优化问题模型进行优化，输出无线访问节点的最优部署位置。本公开通过优化AP的部署位置，使每个单位区域的业务需求和传输能力相匹配，防止在低业务区域部署过多AP而降低系统能耗，确保每个单位区域内的最低传输速率要求的同时，提高系统能量效率。统能量效率。统能量效率。


技术研发人员：姜静 严冯洋 陶莎 卢光跃 谢永斌 何华
受保护的技术使用者：西安邮电大学
技术研发日：2023.08.04
技术公布日：2023/10/15