CN102186209B - 多小区重叠覆盖下的节能策略 - Google Patents

Abstract

一种多小区重叠覆盖下的节能策略，在通信系统中，在通信闲时，先将负载较低的微小区中的一部分用户切换至与其覆盖范围有重叠的邻居微小区内及宏小区中，利用邻居微小区以及宏小区的剩余资源接纳负载较低的微小区的所有用户，从而关闭微小区。本方法的有益效果是，由于某些实际情形下，宏小区没有足够的资源接纳待切换的微小区的所有用户，从而不能关闭微小区，节省系统的能量。这种多小区重叠覆盖下的节能策略，不仅考虑了宏小区还充分考虑了邻居微小区的剩余资源，可以最大程度接纳待关闭的微小区的所有用户，从而关闭微小区，节省系统的能量。

Description

多小区重叠覆盖下的节能策略

技术领域

本发明是一种应用于蜂窝移动通信系统的节能技术，属于移动通信网络技术领域。

背景技术

随着移动通信网络规模的扩大，能耗占移动通信网络运营成本的比重也越来越大，节能成为移动通信网络中的一个重要课题。新一代移动通信网络将采用宏小区与微小区重叠覆盖的异构网络结构，其中宏小区的宏基站保证基本覆盖以满足基本的语音数据业务需求。微小区放置在宏小区中，由微基站保证热点区域的覆盖，以满足大数据量业务的需求。在整个移动通信网络中，基站的能耗占整个系统能耗比例最大，因此，可以通过基站的节能实现系统的节能。

由于系统在全天不同时段的通信业务量分布不均匀，业务低的时段称为闲时，业务高的时段称为忙时。在闲时，小区的通信负载较低，微基站的开启会带来不必要的能耗。因此，对于宏小区与微小区重叠覆盖的异构网络，目前常用的节能技术是在覆盖区的业务量低时，将微小区的所有用户切换到宏小区，并关闭微小区，从而减小系统的能耗。

在多小区重叠覆盖的异构网络中，热点地区通常有多个微小区，这些微小区的覆盖区域存在重叠，在这种网络中，若采用现有的节能策略，当宏小区没有足够的资源接纳负载较低的微小区的所有用户时，就不能关闭微小区以减小系统的能耗。

发明内容

本发明的多小区重叠覆盖下的节能策略，利用与待关闭的微小区覆盖范围有重叠的邻居微小区以及宏小区的剩余资源，尽可能地接纳待关闭的微小区的所有用户，从而关闭微小区，节省系统的能量。

本发明在通信系统中，根据通信负载分布的特点，在通信闲时先将负载较低的微小区中的一部分用户切换至与其覆盖范围有重叠的邻居微小区内及宏小区中，利用邻居微小区以及宏小区的剩余资源接纳负载较低的微小区的所有用户，从而关闭微小区，减小系统的能耗。具体技术方案如下：

一种多小区重叠覆盖下的节能策略，具体步骤包括：

第一步：网络中任一小区i，对本小区用户统计其负载，并且各小区交换各自的信息，这些信息包括宏小区的负载、微小区的负载和运营商根据网络运行情况自行设定的阈值；

第二步：监测微小区负载，判断本微小区判断负载是否低于初始设定的阈值，若低于初始设定的阈值，则转入第三步，否则转入第一步；

第三步：宏小区根据收集到的各微小区的负载信息，判断各微小区的剩余资源数能否接纳待关闭的微小区的用户；若能，则触发微小区关闭条件，转入第四步，不能满足，则转入第一步；

第四步：统计满足触发条件的微小区与另一微小区重叠部分的用户，并将这些用户按所占资源数大小降序排列，将用户按照占用资源数的大小依次切换至另一微小区内；然后判断是否满足第k个用户若切换至另一微小区中所占用的资源数与另一微小区此时的资源数之和大于初始设定的阈值，若满足，则停止将微小区用户切换至另一微小区中，并转入第五步，否则继续执行第四步；

第五步：将微小区剩余的用户切换至宏小区内，关闭该微小区，并转入第一步，进行下一周期节能性能的统计。

本技术方案的原理说明：

1.场景描述

如图1所示：设小区A是宏小区(Cell A)，保证服务区的基本覆盖，满足基本的业务要求。小区B、C、D、E为热点区域，小区D，E为独立的热点区域，而小区B与小区C的覆盖范围有重叠。

2.微小区关闭条件

为了描述方便，首先定义如下负载变量：

GBR(Guaranteed Bit Rate)用户k在某一小区i中所占资源数

${\mathrm{\ρ}}_{i,k}^{\mathrm{GBR}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_k}{B_{\mathrm{\α}}*{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{i,k})}---\left(1\right)$

其中θ_k为GBR用户k的保障比特率要求，SINR_i，k为用户k在小区i中的信干噪比。B_α＝B*(1-α)，其中B为系统总带宽，α为带宽预留因子，其取值由运行商根据需求设定，B*α表示系统为non-GBR用户预留的带宽，因此B_α为系统分配给GBR用户的带宽。

对于网络中任一小区i，定义其内所有GBR用户占用的资源数：

${\mathrm{\ρ}}_i^{\mathrm{GBR}}={\mathrm{\Σ}}_{k=1}^{G_i}{\mathrm{\ρ}}_{i,k}^{\mathrm{GBR}}---\left(2\right)$

即小区i分配给其内所有GBR用户的总资源数。其中G_i是小区i中的GBR用户数，

为小区i给GBR用户k分配的资源数。

系统实时监测小区负载，根据负载情况判断微小区何时关闭：

微小区关闭的触发条件：

${\mathrm{\&rho;}}_i^{\mathrm{GBR}}<{\mathrm{\&rho;}}_i^{\mathrm{thre}}---\left(3\right)$

${\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{neighborpico}}^{\mathrm{GBR}}+{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{macro}}^{\mathrm{GBR}}>{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{pico}}^{\mathrm{GBR}}---\left(4\right)$

其中

为小区i的负载，

为运营商根据网络环境自行设定的负载阈值，

为邻居微小区的剩余资源，

为宏小区的剩余资源，

为待关闭的微小区用户所占资源数。

上述小区关闭触发条件表明当检测到的微小区负载低于预先设定的负载阈值后，宏小区根据收集到的本小区以及微小区的负载信息，判断宏小区以及邻居微小区的剩余资源数能否接纳待关闭的微小区的所有用户，若能，则满足公式(4)，执行节能算法流程。

3.宏小区判断小区剩余资源数能否接纳待关闭的微小区的所有用户

以基本覆盖场景Cell A，Cell B，Cell C为例，其中Cell A为宏小区，保证服务区的基本覆盖范围，满足基本的业务要求，Cell B与Cell C为热点区域，且覆盖范围有重叠，假设系统监测到Cell B的负载低于初始设定的阈值，此时Cell A要根据负载信息来判断邻居Cell C以及Cell A的剩余资源能否接纳待关闭的微小区的所有用户，此判断的流程为：

第一步：先统计Cell B在Cell B与Cell C重叠区域的用户总数。Cell B统计本小区用户收到邻居Cell C的RSRP(Reference Signal Received Power)，根据公式(5)判断

RSRP_i＞Ac_threshold                   (5)

其中RSRP_i为Cell B的某一用户i接收到的Cell C的RSRP，Ac_threshold为运营商根据网络运行环境对Cell C设定的初始接入阈值。若满足公式(5)表明Cell B的此用户i位于Cell B与Cell C的重叠覆盖范围内。根据公式(5)统计Cell B在Cell B与Cell C中重叠区域内的用户总数G_i；

第二步：根据公式(1)计算这些用户若切换至Cell C中可能要占用Cell C的资源数

(k＝1，2，3....G_i)，其中这些用户以Cell C为服务小区计算信干噪比，然后根据占用资源数的大小将这些用户降序排列；

第三步：将G_i个用户按照占用Cell C资源数的大小降序排列，根据公式(6)判断

${\mathrm{\&rho;}}_{B,C,k}^{\mathrm{GBR}}+{\mathrm{\&rho;}}_C^{\mathrm{GBR}}>{\mathrm{\&rho;}}_C^{\mathrm{thre}}---\left(6\right)$

其中

为Cell B的一个用户如果切换至Cell C中所要占用的资源数，

为Cell C原有用户占用的资源数以及小区B的K-1个用户若切换至Cell C中占用的资源数之和，

为运营商根据网络环境自行设定的阈值。若满足公式(6)则表明此时第k个用户若切换至Cell C中所占用的资源数

与Cell C此时的资源数之和大于初始设定的阈值，这样第K个用户不能接入Cell C中，说明Cell B与Cell C的重叠区域内有K-1个用户可以切换至Cell C中；

第四步：统计出Cell B剩余的用户，然后根据公式(7)判断，

${\mathrm{\&rho;}}_{B,A}^{\mathrm{GBR}}+{\mathrm{\&rho;}}_A^{\mathrm{GBR}}<{\mathrm{\&rho;}}_A^{\mathrm{thre}}---\left(7\right)$

其中

为若Cell B的剩余用户切换至Cell A所占用的资源数，

为Cell A原有用户所占用的资源数，

为运营商根据网络环境自行设定的负载阈值。若不满足公式(7)，说明此时Cell A的剩余资源不能接纳Cell B的剩余用户，即不能触发Cell B的关闭条件。若满足公式(7)，说明Cell A以及Cell C的剩余资源能够接纳Cell B的所有用户，触发节能算法，此时Cell B的用户可以先切换至Cell C中，然后再将剩余的用户切换至Cell A中。

4.节能算法流程

当满足了微小区关闭的触发条件后，Cell B执行节能算法。

此算法流程为：

第一步：Cell B根据公式(5)统计出Cell B在Cell B与Cell C重叠区域内的用户总数G_i；

第二步：将G_i个用户按照占用Cell C资源数的大小依次进行切换，根据公式(6)判断，若满足公式(6)则停止将用户切换至Cell C中；

第三步：将Cell B剩余的用户切换至Cell A中；

第四步：关闭Cell B。

有益效果

由于某些实际情形下，宏小区没有足够的资源接纳待切换的微小区的所有用户，从而不能关闭微小区，节省系统的能量。这种多小区重叠覆盖下的节能策略，不仅考虑了宏小区还充分考虑了邻居微小区的剩余资源，可以最大程度接纳待关闭的微小区的所有用户，从而关闭微小区，节省系统的能量。

附图说明

图1是本技术方案的场景示意图。

图2是以LTE系统为例的流程图。

具体实施方式

本发明提出了一种多小区重叠覆盖下的节能策略，下面以LTE系统为例来给出一种实施例子，流程图如图2所示：

第一步：各eNB对本小区用户根据公式(1)(2)统计其负载，并且各eNB通过X2接口交换各自的信息，包括宏小区的负载，微小区的负载，运营商根据网络运行情况自行设定的阈值；

第二步：eNB监测小区负载，微小区根据公式(3)判断负载是否低于初始设定的阈值，若低于初始设定的阈值，则转入第三步，否则转入第一步；

第三步：宏小区根据收集到的各小区的负载信息，判断小区的剩余资源数能否接纳待关闭的微小区的用户。若能，则触发小区关闭条件，转入第四步，不能满足，则转入第一步；

第四步：根据公式(5)统计满足触发条件的微小区与另一微小区重叠部分的用户，并将这些用户按所占资源数大小降序排列，将用户按照占用资源数的大小依次切换至另一微小区内。然后根据公式(6)判断，若满足公式(6)，则停止将微小区用户切换至另一微小区中，并转入第五步，否则继续执行第四步；

第五步：将微小区剩余的用户切换至宏小区内，关闭微小区，节能算法结束，并转入第一步，进行下一周期节能性能的统计。

Claims (6)

1.一种多小区重叠覆盖下的节能方法，其特征是在通信系统中，在通信闲时，先将负载较低的微小区中的一部分用户切换至与其覆盖范围有重叠的邻居微小区内及宏小区中，利用邻居微小区以及宏小区的剩余资源接纳负载较低的微小区的所有用户，从而关闭微小区，具体步骤包括：

第一步:网络中任一小区i，对本小区用户统计其负载，并且各小区交换各自的信息，这些信息包括宏小区的负载、微小区的负载和运营商根据网络运行情况自行设定的阈值；

第二步:监测微小区负载，本微小区判断负载是否低于初始设定的阈值，若低于初始设定的阈值，则转入第三步，否则转入第一步；

第三步:宏小区根据收集到的各微小区的负载信息，判断各微小区的剩余资源数能否接纳待关闭的微小区的用户；若能，则触发微小区关闭条件，转入第四步，不能满足，则转入第一步；

第四步:统计满足触发条件的微小区与另一微小区重叠部分的用户，并将这些用户按所占资源数大小降序排列，将用户按照占用资源数的大小依次切换至另一微小区内；然后判断是否满足第k个用户若切换至另一微小区中所占用的资源数与另一微小区此时的资源数之和大于初始设定的阈值，若满足，则停止将微小区用户切换至另一微小区中，并转入第五步，否则继续执行第四步；

第五步:将微小区剩余的用户切换至宏小区内，关闭该微小区，并转入第一步，进行下一周期节能性能的统计；

所述第一步中，对本小区用户根据公式(1)(2)统计其负载：

保证比特速率GBR用户k在某一小区i中所占资源数：

${\mathrm{\&rho;}}_{i,k}^{\mathrm{GBR}}=\frac{{\mathrm{\&theta;}}_k}{B_{\mathrm{\&alpha;}}*{\log }_2\left({1+\mathrm{SINR}}_{i,k}\right)}---\left(1\right)$

其中，θ_k为GBR用户k的保障比特率要求；SINR_i,k为用户k在小区i中的信干噪比；B_α=B*(1-α),其中B为系统总带宽，α为带宽预留因子，其取值由运行商根据需求设定，B*α表示系统为non-GBR用户预留的带宽，B_α为系统分配给GBR用户的带宽；

对于网络中任一小区i，定义其内所有GBR用户占用的资源数：

${\mathrm{\&rho;}}_i^{\mathrm{GBR}}={\mathrm{\&Sigma;}}_{k=1}^{G_i}{\mathrm{\&rho;}}_{i,k}^{\mathrm{GBR}}---\left(2\right)$

即小区i分配给其内所有GBR用户的总资源数，其中G_i是小区i中的GBR用户数，

为小区i给GBR用户k分配的资源数。

2.根据权利要求1所述的多小区重叠覆盖下的节能方法，其特征是所述第二步中，微小区根据公式(3)判断负载是否低于初始设定的阈值：

微小区关闭的触发条件： ${\mathrm{\&rho;}}_i^{\mathrm{GBR}}<{\mathrm{\&rho;}}_i^{\mathrm{thre}}---\left(3\right)$

其中

为小区i的负载，为运营商根据网络环境自行设定的负载阈值。

3.根据权利要求1所述的多小区重叠覆盖下的节能方法，其特征是所述第四步中，判断是否满足第k个用户若切换至另一微小区中所占用的资源数与另一微小区此时的资源数

之和大于初始设定的阈值的方法是，

将G_i个用户按照占用另一微小区资源数的大小降序排列，根据公式(6)判断

${\mathrm{\&rho;}}_{B,C,k}^{\mathrm{GBR}}+{\mathrm{\&rho;}}_C^{\mathrm{GBR}}>{\mathrm{\&rho;}}_C^{\mathrm{thre}}---\left(6\right)$

其中

为本微小区的一个用户如果切换至另一微小区中所要占用的资源数，为另一微小区原有用户占用的资源数以及本微小区的K-1个用户若切换至另一微小区中占用的资源数之和，为运营商根据网络环境自行设定的阈值；

若满足公式(6)则表明此时第k个用户若切换至另一微小区中所占用的资源数

与另一微小区此时的资源数

之和大于初始设定的阈值。

4.根据权利要求1所述的多小区重叠覆盖下的节能方法，其特征是所述第四步的具体步骤包括：

第一步：本微小区统计出本微小区在本微小区与另一微小区重叠区域内的用户总数G_i；

第二步:将G_i个用户按照占用另一微小区资源数的大小依次进行切换，如果第k个用户若切换至另一微小区中所占用的资源数与另一微小区此时的资源数之和大于初始设定的阈值，则停止将本微小区用户切换至另一微小区中；

第三步：将本微小区剩余的用户切换至宏小区中。

5.根据权利要求4所述的多小区重叠覆盖下的节能方法，其所述第四步的第一步中，统计本微小区在本微小区与另一微小区重叠区域的用户总数G_i的方法是，

本微小区统计本小区用户收到邻居另一微小区的参考信号接收功率Reference Signal Received Power即RSRP，根据公式(5)判断

RSRP_i>Ac_threshold       (5)

其中RSRP_i为本微小区的某一用户i接收到的另一微小区的RSRP,Ac_threshold为运营商根据网络运行环境对另一微小区设定的初始接入阈值；若满足公式(5)表明本微小区的此用户i位于本微小区与另一微小区的重叠覆盖范围内；

根据公式(5)即可统计本微小区在本微小区与另一微小区中重叠区域内的用户总数G_i。

6.根据权利要求4所述的多小区重叠覆盖下的节能方法，其特征是所述第四步的第二步中，判断第k个用户若切换至另一微小区中所占用的资源数

与另一微小区此时的资源数之和大于初始设定的阈值的方法是，

将G_i个用户按照占用另一微小区资源数的大小降序排列，根据公式(6)判断

${\mathrm{\&rho;}}_{B,C,k}^{\mathrm{GBR}}+{\mathrm{\&rho;}}_C^{\mathrm{GBR}}>{\mathrm{\&rho;}}_C^{\mathrm{thre}}---\left(6\right)$

其中

为本微小区的一个用户如果切换至另一微小区中所要占用的资源数，

为另一微小区原有用户占用的资源数以及本微小区的K-1个用户若切换至另一微小区中占用的资源数之和，

为运营商根据网络环境自行设定的阈值；

若满足公式(6)则表明此时第k个用户若切换至另一微小区中所占用的资源数

与另一微小区此时的资源数

之和大于初始设定的阈值。

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