一種基于基站協作的小區休眠節能方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于基站協作的小區休眠節能方法，涉及LTE(LongTerm Evolution)網絡節能問題，屬于無線通信網絡中的網絡技術領域。
【背景技術】
[0002] 在網絡閑時，休眠低負載小區已成為一種被廣泛接受的適用于蜂窩網絡的節能方 法。然而，在目前部署的無線蜂窩網絡中，將低負載小區休眠后，其相鄰小區通常需要提升 發射功率以增加覆蓋范圍，以服務被休眠小區中的用戶，這就導致網絡整體的節能效果下 降。為應對這一不足，一些研究指出，將協作多點技術（CoMP，CoordinatedMulti-point) 應用于休眠小區的鄰區之間，可以削減鄰區發射功率的增加值，因而提高網絡節能水平。
[0003] 協作多點技術于2010年被第三代合作伙伴（3GPP, 3rdGenerationPartnership Project)LTERelease10標準所采用，目前已被認為是LTE-Advanced的一項重要組成內 容，被視作干擾協調和頻譜效率提升的有效手段。在網絡節能最為關注的eNB能量消耗方 面，參與協作多點傳輸的eNB(eV〇lVedNodeB)能耗模型，將包括新增的信號處理能耗和 數據在基站間的回傳能耗。基于這樣的能耗模型，一些基于CoMP的節能研究得以開展。 研究表明：相比較于非協作系統而言，采用CoMP的系統在能耗和能耗等級（ECR，energy consumptionratings)方面均有所提升。而在不同的CoMP協作模式的能量效率表現 中，JT(JointTransmission)模式具有最佳的能量效率。在模式選擇之外，CoMP的成簇 (Clustering)方法也是一個研究熱點。因為對于不同用戶參數和基站負載情況，均存在對 應的最佳CoMP簇大小，以實現能量效率的最大化。
[0004] 目前在具體網絡的節能應用方面，現有技術提出了考慮用戶Q〇S(Qualityof Service)，協作基站負載上限和頻譜資源等約束條件的eNB發射功率與頻譜子載波聯合優 化方法。然而，這類方法大多基于靜態的eNB協作簇，在簇成員小區的選取方式和簇尺寸方 面存在限制，不利于在實際網絡節能應用中大規模使用。但另一方面，一旦采用動態CoMP 成簇方法，需要額外求解一個簇成員小區配置優選的整數優化問題，而該類問題的求解 通常需要使用貪婪搜索工具，將使原優化問題的復雜度隨之大幅上升，并給現網實施帶來 較大挑戰。因此需要設計新的低復雜度方法。
【發明內容】
[0005] 針對上述現有技術存在的問題，本發明通過研究協作多點傳輸（CoMP)在小區休 眠節能中的應用，提出了一種適用于實際網絡環境的節能優化方法。該方法基于一個小區 間協作，包含小區間干擾，用戶服務質量和基站負載等約束條件的網絡節能優化問題，并采 用動態規劃方法(^DynamicProgramming)將上述網絡組合優化問題按照動態規劃方法的原 則劃分為多個單獨小區休眠階段（Stage)。對其中的每一階段，先求解其最優協作小區簇的 構成組合，再使用一個啟發式方法進行迭代以優化各參與協作小區的發射功率和子載波配 置，從而降低了方法的整體復雜度。仿真結果表明，該方法具有較低的復雜度和便于分布式 部署的優點，十分適用于實際網絡節能應用。
[0006] 本發明提供一種基于基站協作的小區休眠節能方法，包含以下步驟：1)網絡節能 目標分解；2)協作小區簇的動態構成；3)協作小區簇成員的功率及0FDM子載波分配；為求 得最大的節能效果，其中后兩個步驟迭代進行。
[0007] 所述步驟1)由一種基于動態規劃方法的網絡節能目標分解方法實現，其特征在 于：把網絡層級的節能目標分解為一系列時序上存在前后關系的單獨小區休眠階段；每一 階段聚焦于圍繞目標休眠小區動態建立協作小區簇CoMP簇，并追求協作小區簇的節能效 果最大化。
[0008] 優選地，根據開啟協作時間點的小區業務負載情況和用戶速率需求，優選出具有 最大節能效果的協作小區簇。
[0009] 所述步驟2)可由三種低復雜度的協作小區簇組合優選方法中的任意一種實現； 具體為：方法一，搜索目標休眠小區用戶對全部備選協作小區簇組合的業務負載，選取業務 負載量增加最小的一個協作小區簇組合作為優選協作小區簇組合；方法二，計算目標休眠 小區中的用戶與各鄰區的信干噪比SINR值并求和，按照高低順序排列，選取取值最高的L 個小區作為優選協作小區簇組合，其中L為協作小區簇組合尺寸；方法三，計算目標休眠小 區中的用戶與各鄰區的負載增加值并求和，按照高低順序排列，選取取值最低的L個小區 作為優選協作小區簇組合。
[0010] 所述步驟3)由一種干擾條件下的協作小區功率及0FDM子載波分配優化方法實 現；該方法基于用戶位置、速率需求、協作小區發射功率、信道條件等參數，通過設計一個功 率迭代步進值，從初始小區發射功率開始，通過迭代尋找最優小區發射功率。
[0011] 其具體步驟為：在每一個迭代周期，計算根據功率迭代步進值變化后的每一用戶 0FDM子載波數量需求，并將這些需求平均分配在協作小區簇組合的每一個小區上；若這些 子載波需求超過小區可以提供的子載波數量上限，則中止迭代，否則繼續進行功率迭代。
[0012] 下面分別就以上各步驟的方法作具體說明。
[0013] 1基于動態規劃方法的網絡節能目標分解方法
[0014] 標準的動態規劃方法變量包括狀態、決策、狀態轉移函數和每階段開銷等幾個部 分。假設階段i的狀態為S(k)，則其下一個階段的狀態為：
[0015]S(k+1)=I(k) (S(k),U(k)) (1)
[0016]其中I(k)、U(k)分別代表在階段i所應用的狀態轉移函數和決策。
[0017] 在本發明中，如果將網絡整體節能看作是一系列存在時間先后順序的小區休眠 事件的集合，將第k次小區休眠后的網絡狀態記為# }，其中 代表包含圍繞待關閉小區T的協作小區簇CT的參與小區構成，V(k)代表當時已經 關閉的小區列表，LBS，b(k)代表各小區的業務負載，Pt!U(k)代表小區i的發射功率。令U= ⑴⑴，U(2)，U⑶，? ? ?U(k)：}為在第1，2, 3. ? ?k次小區休目民后的網絡狀態的基礎上所采取的進 一步小區休眠及用戶功率與頻率資源的配置決策。則第k+1次小區休眠后，網絡狀態可由 S(k+1)來描述。故原網絡優化問題可以按照單個小區休眠事件分解成以協作小區簇最小能耗 為目標函數的一系列小區休眠子階段.
[0018] 每一階段的能耗優化目標函數為：
[0019]
【主權項】
1. 一種基于基站協作的小區休眠節能方法，包含W下步驟；1)網絡節能目標分解；2) 協作小區簇的動態構成；3)協作小區簇成員的功率及OFDM子載波分配；為求得最大的節能 效果，其中后兩個步驟迭代進行。
2. 根據權利要求1所述的基于基站協作的小區休眠節能方法，所述步驟1)由一種基于 動態規劃方法的網絡節能目標分解方法實現，其特征在于：把網絡層級的節能目標分解為 一系列時序上存在前后關系的單獨小區休眠階段；每一階段聚焦于圍繞目標休眠小區動態 建立協作小區簇CoMP簇，并追求協作小區簇的節能效果最大化。
3. 權利要求2所述的基于基站協作的小區休眠節能方法，其特征在于；根據開啟協作 時間點的小區業務負載情況和用戶速率需求，優選出具有最大節能效果的協作小區簇。
4. 根據權利要求1所述的基于基站協作的小區休眠節能方法，所述步驟2)可由H種 低復雜度的協作小區簇組合優選方法中的任意一種實現；具體為；方法一，搜索目標休眠 小區用戶對全部備選協作小區簇組合的業務負載，選取業務負載量增加最小的一個協作小 區簇組合作為優選協作小區簇組合；方法二，計算目標休眠小區中的用戶與各鄰區的信干 噪比SINR值并求和，按照高低順序排列，選取取值最高的L個小區作為優選協作小區簇組 合，其中L為協作小區簇組合尺寸；方法H，計算目標休眠小區中的用戶與各鄰區的負載增 加值并求和，按照高低順序排列，選取取值最低的L個小區作為優選協作小區簇組合。
5. 根據權利要求1所述的基于基站協作的小區休眠節能方法，所述步驟3)由一種干 擾條件下的協作小區功率及OFDM子載波分配優化方法實現；該方法基于用戶位置、速率需 求、協作小區發射功率、信道條件等參數，通過設計一個功率迭代步進值，從初始小區發射 功率開始，通過迭代尋找最優小區發射功率。
6. 根據權利要求1所述的基于基站協作的小區休眠節能方法，所述干擾條件下的協作 小區功率及OFDM子載波分配優化方法的具體步驟為：在每一個迭代周期，計算根據功率迭 代步進值變化后的每一用戶OFDM子載波數量需求，并將該些需求平均分配在協作小區簇 組合的每一個小區上；若該些子載波需求超過小區可W提供的子載波數量上限，則中止迭 代，否則繼續進行功率迭代。
【專利摘要】本發明公開了一種基于基站協作的小區休眠節能方法，該方法包括：基于動態規劃的網絡節能目標分解方法、CoMP-JT（Coordinated Multi-point Joint Transmission 協作多點聯合傳輸）模式下小區動態成簇的低復雜度方法以及干擾條件下的CoMP小區功率及OFDM子載波分配優化方法。通過本發明，可在實現小區休眠節能的同時，充分利用基站協作技術帶來的高頻譜效率和較低的同頻干擾，實現進一步的網絡節能效果提升。此外，本發明提出的低復雜度算法也十分適合在真實網絡中開展規模應用。
【IPC分類】H04W52-02
【公開號】CN104640185
【申請號】CN201510087274
【發明人】尤肖虎, 童恩, 呂嚴, 丁飛, 潘志文
【申請人】東南大學, 中國移動通信集團江蘇有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月25日