用于lte-a蜂窩網(wǎng)絡(luò)的分布式用戶位置感知小區(qū)關(guān)閉方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于LTE-A蜂窩網(wǎng)絡(luò)的分布式用戶位置感知小區(qū)關(guān)閉方法，屬于無線通信中LTE-A下行協(xié)作通信能源資源管理領(lǐng)域，其特點(diǎn)在于：可以根據(jù)周邊通信小區(qū)內(nèi)的用戶數(shù)目，優(yōu)先關(guān)閉用戶數(shù)目較少且利用率低的小區(qū)，從而提升所有利用率低的小區(qū)的關(guān)閉概率。通過用戶在通信小區(qū)內(nèi)的分布情況，縮小接收該小區(qū)所有轉(zhuǎn)移用戶的可選相鄰基站范圍，從而減少由于采用極小化極大算法而帶來的算法復(fù)雜度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：在保證用戶通信質(zhì)量的情況下，根據(jù)周邊小區(qū)內(nèi)的用戶數(shù)目，動(dòng)態(tài)地調(diào)整參與判決小區(qū)關(guān)閉的用戶數(shù)目閾值，提升了關(guān)閉小區(qū)數(shù)目，節(jié)約了更多能源；結(jié)合用戶在小區(qū)內(nèi)的位置，縮減了最優(yōu)接收集合的搜索范圍，減少了算法復(fù)雜度。
【專利說明】 用于LTE-A蜂窩網(wǎng)絡(luò)的分布式用戶位置感知小區(qū)關(guān)閉方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于用戶位置的分布式小區(qū)關(guān)閉方法，屬于無線通信中LTE-A下行協(xié)作通信能源資源管理的相關(guān)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)過了幾十年的快速發(fā)展，在不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)流量需求的驅(qū)動(dòng)下，信息與通信技術(shù)(Informat1n and Communicat1n Technology, ICT)正向著更加注重性能的方向發(fā)展，相關(guān)能耗也隨之增加。最近一段時(shí)間，在意識(shí)到如下事實(shí)后，能源消耗被提升為一個(gè)重要議題而廣泛討論:ICT產(chǎn)業(yè)的能源消耗占全球能耗的3%，溫室氣體的排放量占全球排放量的2?4%，并且ICT產(chǎn)業(yè)的能耗以每年15?20%的速度增長(zhǎng)，每5年能耗翻番。在傳統(tǒng)無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，基站(Base Stat1ns,BS)的能耗占總能耗的70%以上，并且值得注意的是當(dāng)基站所承受的負(fù)載較輕或無負(fù)載時(shí)，其能耗仍然能達(dá)到其能耗峰值的90%。這組數(shù)字表明了對(duì)基站進(jìn)行操作將成為一個(gè)減小能耗的適用途徑。
[0003]為了滿足在任何時(shí)間都能保證服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS)的設(shè)計(jì)原則，運(yùn)營商通常會(huì)在一片區(qū)域內(nèi)部署很多基站用以消除通信盲區(qū)。盡管這種以增加基站數(shù)目換取系統(tǒng)性能提升的手段非常有效，但卻由于存在大量低使用率的基站，耗費(fèi)了大量的能量。結(jié)合通信業(yè)務(wù)的潮汐效應(yīng)，可以采用在低業(yè)務(wù)時(shí)間段和區(qū)域內(nèi)關(guān)閉部分低使用率基站，并由其余未關(guān)閉基站提供覆蓋的方式，大幅度減少基站能耗。3GPP Rel-9中規(guī)定通信小區(qū)可以根據(jù)流量負(fù)載、狀態(tài)持續(xù)時(shí)間等統(tǒng)計(jì)參數(shù)，由相關(guān)算法決定小區(qū)是否關(guān)閉。根據(jù)判決方式，小區(qū)關(guān)閉的方法可以分為兩大類，一類是只通過附近基站間的信令交換進(jìn)行關(guān)閉判決，即為分布式關(guān)閉方法；另一類是在基站間選擇一個(gè)組頭進(jìn)行統(tǒng)一操作，即為集中式關(guān)閉方法。分布式關(guān)閉方法較為靈活，可以根據(jù)局部區(qū)域信息調(diào)整關(guān)閉決策。集中式關(guān)閉方法需要取得全部小區(qū)信息，判決時(shí)間較長(zhǎng)。
[0004]在〈〈Distributed Inter-BS Cooperat1n Aided Energy Efficient LoadBalancing for Cellular Networks》、《Traffic-and-1nterference Aware Base Stat1nSwitching for Green Cellular Networks》等相關(guān)文獻(xiàn)中，均對(duì)蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的能源資源管理有較為深刻的介紹與研究。盡管以往文獻(xiàn)在考慮了通信業(yè)務(wù)潮汐特性的同時(shí)也加入了不同的衡量標(biāo)準(zhǔn)用以更加合理地進(jìn)行關(guān)閉判決，但對(duì)于通信小區(qū)內(nèi)的用戶分布特性缺乏深入的認(rèn)識(shí)和考慮，這導(dǎo)致部分利用率低的小區(qū)未能成功關(guān)閉，從而使得小區(qū)關(guān)閉的節(jié)能效果受到影響。因此，本發(fā)明針對(duì)基于正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Divis1nMultiplexing, 0FDM)的LTE-A蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信小區(qū)的能源資源管理進(jìn)行了深入研究，分析了以往文獻(xiàn)提出方法的小區(qū)關(guān)閉判決條件，以及選擇接收轉(zhuǎn)移流量基站的算法，并結(jié)合了小區(qū)內(nèi)的用戶分布特性，提出了一種新的小區(qū)關(guān)閉方法。
[0005]參考文獻(xiàn)
[0006]UDistributed Inter-BS Cooperat1n Aided Energy Efficient Load Balancingfor Cellular Networks, IEEE Transact1ns on Wireless Communicat1ns, (Volume:12,Issue:11).
[0007]2、 Traffic-and-1nterference Aware Base Stat1n Switching for GreenCellular Networks, IEEE18th Internat1nal Workshop on Computer Aided Modelingand Design of Communicat1n Links and Networks (CAMAD), 2013.


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的主要目的是，在為了應(yīng)對(duì)峰值時(shí)段業(yè)務(wù)量而部署的通信網(wǎng)絡(luò)，處于其非峰值時(shí)段時(shí)造成了大量資源浪費(fèi)的情況下，針對(duì)用戶在蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)分布的情景，以提升通信系統(tǒng)能效性為目標(biāo)，構(gòu)建基于OFDM的LTE-A下行鏈路通信環(huán)境完成對(duì)于低利用率小區(qū)的節(jié)能操作。解決了在非峰值時(shí)段通信網(wǎng)絡(luò)耗費(fèi)多余資源的問題，并通過結(jié)合用戶位置信息來減少算法復(fù)雜度以及保證原屬已關(guān)閉小區(qū)的轉(zhuǎn)移用戶的通信質(zhì)量。
[0009]用于LTE-A蜂窩網(wǎng)絡(luò)的分布式用戶位置感知小區(qū)關(guān)閉方法，其特點(diǎn)在于:通過結(jié)合中心小區(qū)及其相鄰小區(qū)的用戶數(shù)目信息與小區(qū)流量信息，聯(lián)合決定適合關(guān)閉的低利用率小區(qū)，根據(jù)中心小區(qū)用戶位置，動(dòng)態(tài)地縮小轉(zhuǎn)移用戶最佳接收集合的搜索范圍，從而達(dá)到提高系統(tǒng)能量利用率以及減少算法復(fù)雜度的目的。本發(fā)明是依次按以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0010]用于LTE-A蜂窩網(wǎng)絡(luò)的分布式用戶位置感知小區(qū)關(guān)閉方法，其特征在于包括如下步驟:
[0011]步驟1:系統(tǒng)初始化；
[0012]設(shè)定本發(fā)明中的通信網(wǎng)絡(luò)模型為L(zhǎng)TE-A多小區(qū)自組織網(wǎng)絡(luò)模型，通信環(huán)境設(shè)定為基于OFDM技術(shù)的LTE-A下行通信鏈路；每個(gè)通信小區(qū)劃分為三個(gè)扇區(qū)，并采用具有120°輻角的定向天線，且每個(gè)扇區(qū)分配不同的25個(gè)資源塊；所有用戶在19個(gè)通信小區(qū)內(nèi)隨機(jī)分布，且假設(shè)保持位置不變；所有用戶均一直與其所屬的基站以不變速率進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；基站針對(duì)不同用戶的發(fā)射功率被分配到其所用的頻率資源塊上，并根據(jù)其所選擇的數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行調(diào)整；
[0013]步驟2:對(duì)于單個(gè)用戶UEi,其接收信號(hào)與干擾加噪聲比Signal to Interferenceplus Noise Rat1, SINR 為:

Pi,recieved
[0014]Yi =----1,intra /,inter N
[0015]其中Pi^ieved為用戶端接收到的有用信號(hào)接收功率；Iiiintra為小區(qū)內(nèi)同頻干擾；Iiiinter為小區(qū)間同頻干擾Λ為加性高斯白噪聲，由于本方法采用了 OFDM技術(shù)，因此通信小區(qū)內(nèi)不存在冋頻干擾；
[0016]步驟3:根據(jù)已知的SINR，UEi的頻譜效率Spectral Efficiency, SE可以表示為:
0iI Ti <rmin
[0017]Wi = P1g2(I + K) if < Yi < Yrmx
Ψif Ti ^ Xmax
[0018]其中O < ξ < I是包含實(shí)際損耗的衰減因子；Y-是可用于計(jì)算頻譜效率的最小SINR ； Ymax是可用于計(jì)算頻譜效率的最大SINR ； 是可得到的最大頻譜效率；
[0019]步驟4:根據(jù)已知的SE7UEi所占用的資源塊Resource Blocks, RB數(shù)目可表示為:

【權(quán)利要求】
1.用于LTE-A蜂窩網(wǎng)絡(luò)的分布式用戶位置感知小區(qū)關(guān)閉方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1:系統(tǒng)初始化； 設(shè)定本發(fā)明中的通信網(wǎng)絡(luò)模型為L(zhǎng)TE-A多小區(qū)自組織網(wǎng)絡(luò)模型，通信環(huán)境設(shè)定為基于OFDM技術(shù)的LTE-A下行通信鏈路；每個(gè)通信小區(qū)劃分為三個(gè)扇區(qū)，并采用具有120°輻角的定向天線，且每個(gè)扇區(qū)分配不同的25個(gè)資源塊；所有用戶在19個(gè)通信小區(qū)內(nèi)隨機(jī)分布，且假設(shè)保持位置不變；所有用戶均一直與其所屬的基站以不變速率進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；基站針對(duì)不同用戶的發(fā)射功率被分配到其所用的頻率資源塊上，并根據(jù)其所選擇的數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行調(diào)整； 步驟2:對(duì)于單個(gè)用戶UEi,其接收信號(hào)與干擾加噪聲比Signal to Interference plusNoise Rat1, SINR 為:

,recieved7:=-1ntra + A',inter + 其中Pi，—i為用戶端接收到的有用信號(hào)接收功率山，inta為小區(qū)內(nèi)同頻干擾山，intCT為小區(qū)間同頻干擾；PN為加性高斯白噪聲，由于本方法采用了 OFDM技術(shù)，因此通信小區(qū)內(nèi)不存在冋頻干擾； 步驟3:根據(jù)已知的SINR，UEi的頻譜效率Spectral Efficiency, SE可以表示為:
Oif Ti <
￥i = Ulog2Cl + ^.) if rmia ^ Ti < ruiax
^maxTi ^rma, 其中OS ξ < I是包含實(shí)際損耗的衰減因子；Ymin是可用于計(jì)算頻譜效率的最小SINR ； Ymax是可用于計(jì)算頻譜效率的最大SINR ； 是可得到的最大頻譜效率； 步驟4:根據(jù)已知的SE, UEi所占用的資源塊Resource Blocks, RB數(shù)目可表示為:
\wm￥i_ 其中Ri是UEi所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)傳輸速率;WKB是一個(gè)資源塊所占的帶寬；算子[X]表示對(duì)X進(jìn)行取整運(yùn)算； 步驟5:在得到基站BSj所有用戶所占的RB數(shù)目后，BSj的負(fù)載因子Load Factor, LF可表不為:
YAi P,=- 其中β i；J是從屬于BSj的UEi所請(qǐng)求的RB數(shù)目；RBtotal是BSj擁有的所有RB數(shù)目； 步驟6:根據(jù)預(yù)先制定好的關(guān)閉順序?qū)Ω鱾€(gè)基站依次進(jìn)行判決考慮: 步驟6.1:判斷BS^在當(dāng)前判決中，是否第一次進(jìn)入判決考慮； 步驟6.2:如果是，則根據(jù)周圍未關(guān)閉小區(qū)的用戶數(shù)目與BS^的流量負(fù)載考慮其是否適合關(guān)閉； 步驟6.3:如果不是，則僅根據(jù)BS^的流量負(fù)載考慮其是否適合關(guān)閉； 步驟7:根據(jù)用戶在考慮關(guān)閉小區(qū)BS^內(nèi)的分布情況，排除接收轉(zhuǎn)移用戶可能性較低的相鄰小區(qū)，從而確定接收BS^用戶的接收基站范圍； 步驟8:根據(jù)極小化極大算法從接收基站范圍中，在保持用戶原有傳輸速率的情況下，選擇一組最優(yōu)集合接收轉(zhuǎn)移用戶并關(guān)閉BSp如果沒有可用的接收集合，BSj則保持開啟；步驟9:重復(fù)步驟2至步驟8直至所有適合關(guān)閉的基站全部關(guān)閉為止。
【文檔編號(hào)】H04W52/02GK104168634SQ201410428331
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】孫恩昌, 蘇嘯塵, 李萌, 孫艷華, 楊睿哲, 司鵬博, 張延華 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)