CN102665258A

CN102665258A - 蜂窝系统中一种基于基站协调控制的节能方法

Info

Publication number: CN102665258A
Application number: CN2012101113084A
Authority: CN
Inventors: 凌大兵; 郑伟; 李伟; 张志才; 陆婧; 温向明
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2012-09-12

Abstract

本发明公开了一种蜂窝系统中基于基站协调控制的移动通信系统的节能方法，在热点小区覆盖场景和载波管理场景下，针对基站侧的节能问题，充分考虑了业务量随时间及空间的规律性变化，在此基础上还特别考虑了突发业务量的影响，并由此提出了基于时间与突发业务维度的控制准则和基于空间与突发业务维度的控制准则。此外，还通过将基站激活状态的可控范围梯度化处理以增加基站的有效服务时间，既能够实现有效节能，又可以提高系统的总体服务质量。

Description

蜂窝系统中一种基于基站协调控制的节能方法

技术领域

本发明专利涉及移动通信技术领域，更特别的，本发明针对蜂窝系统，是一种基于基站协调控制的节能方法。

背景技术

200多年来，随着工业化进程的深入，大量温室气体，主要是二氧化碳的排出，导致全球气温急剧升高、气候发生恶劣变化，这已经是不争的事实。中国政府承诺到2020年单位GDP碳排放比2005年减少40％至45％。2009年的哥本哈根气候峰会试图建立一个温室气体排放的全球框架，尽管各国仍在减排问题上进行角力，但“低碳”的概念已经深入人心，也是未来人类必须走的一条道路。

近年，互联网与移动通信网结合，成为无线通信科技发展的新动力。手机上网用户数的迅速增长、用户对高速数据业务的需求、节能通信的倍受重视，也对移动通信网络的发展提出了更高的要求。信息通信技术在推动经济增长和生产力提高的同时，也带来大量的温室气体的排放，同时促使全球变暖的温室效应日益严重。2010年全球手机用户数已经超过50亿，下一代移动通信的布网与建设使得能耗急剧上升，由此带来的移动通信行业的温室气体排放正在以较快的速度增长。移动通信行业除了提供合适的业务帮助降低全社会碳排放以外，另外一个挑战是不断提升自身的能源效率，降低自身的能源消耗。提升能源效率就需要开发新的移动通信节能降耗增效关键技术。因此，在能够满足人类服务需求和经济快速增长的基础之上，如何有效地研究低碳通信技术，从而达到节约能源的目的和实现绿色节能网络成为现在通信技术领域新的机遇和挑战。

目前，针对蜂窝网的节能技术已经延伸至各技术领域，在基站节能方面，主要有通过微蜂窝部署实现节能，通过调整非激活状态定时时间实现节能，通过调整未用时间间隔的长度达到节能等技术。通过微蜂窝部署实现节能的方法考虑到移动通信系统中80％的能量消耗在无线接入网，其中基站耗能尤为关键。考虑能量需求，一般认为，部署高密度的小型、低功率基站的网络拓扑结构会给系统带来强劲的增益。此外，由于有利的路径损耗条件和更短的传播距离，由微蜂窝覆盖的区域有更高的SINR。在LTE系统下选定合适的传播模型、基站类型及功率模型等，通过仿真区域功耗，总功耗等指标与基站数目、基站距离的关系从而优化基站距离和基站数目。这样在保证某个地区系统吞吐量的同时，可以最大限度地降低该地区的总功耗。该方法缺点在于需要对网络部署做出巨大调整，成本过高；如果基站密度过大，又会增加用户的切换次数，影响用户体验。

通过调整非激活状态定时时间来达到节能的方法关键在于当没有数据发送或者接收时，释放网络资源并使移动台进入休眠状态来减少发射功率。由于能耗的大小取决于移动台处于激活状态的时间，移动台处于激活状态的时间越短，能耗就越小。配置一个好的定时长度不仅能够优化能量利用率还可以减小重建开销。但该方法是基于移动台的，节能效果并不显著，并且可能带来通信系统所不能忍受的重建时延。

通过调整未用时间间隔的长度实现节能的方法将传输的所有信息分为节能等级，当节能等级启动时，移动台进入休眠模式以减小发射功率。该方法的主要目的是使得没有数据传输的时间间隔最大化。未用时间间隔定义为在同一时刻，各个不同节能等级的休眠窗中均没有数据传输的时间。该时间间隔越大，即意味着移动台处于休眠状态的时间越长，这样系统的耗能就越少。但该方法的算法复杂度较高，并且很难维持一个稳定的状态。

本发明正是基于上述节能研究的背景，针对在基站侧实现节能的研究课题，考虑热点小区覆盖和载波管理两种场景，提出了一种基于基站协调控制的节能方案，并充分考虑了基于时间、空间以及突发业务量的基站控制准则，并优化了基站处于激活状态下的节能控制策略。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于基站协调控制的移动通信系统节能方案，有效解决了已有节能方法繁杂且难于实现的缺点，能够降低移动通信系统的能源消耗，同时保证为用户提供的服务质量，实现移动通信系统的节能。

为了达到此目的，本发明提出的节能方案主要包括以下方法：

1 多载波基站技术

多载波基站是移动运营商在全行业节能减排的发展趋势下所引入的一种新型基站。多载波基站具有单板的载波数更多，基站的容量更高的特点，减少了网络中所需要的基站数目，并且运营商可以通过软件来开启关闭相应的载波，操作灵活。并且多载波基站的体积较传统的基站体积有了大幅度的减少，进一步缓解了机房空间紧张的局面。

本发明中考虑了载波管理的场景，该场景的实现是以多载波基站为载体，依据业务量对于时间、空间的统计规律以及突发业务的产生情况协调基站进入休眠模式或者退出休眠模式。

2 智能关断技术

无线网络的话务量在大多数情况下随时间以及空间的变化呈现规律的分布。无线网络在进行载频配置时一般要满足忙时话务量的需求，所以在闲时载频的利用率会比较低。话务量也随空间变化呈现较规律的分布，有些区域在特定时间内业务量骤增，而有的区域则在特定时间内承载特别小的业务量，智能关断技术正是利用了话务量在时间和空间上的这一特性，当某个基站/载频不承载活承载较小话务量时，可以通过关断此基站/载频的功放来达到节能的目的。

3 基于时间与突发业务维度的控制准则

根据运营商的统计，在一周的工作日及周末、一天的不同时段，业务量呈现出规律的变化，因此在忙时可以激活热点小区的所有基站，而在闲时则根据话务量的变化趋势将部分基站置于休眠模式。但特殊情况下，闲时段可能会出现突发事件引起突发的业务量增加，这就需要基站能够准确判断出突发业务增长的趋势并激活处于休眠模式下的基站。该情况下，时间作为基站动态选择进入/退出休眠模式的主线，突发业务量作为一个特殊的判决标准，两者结合使用才可在实现较好节能效果的同时保证通信系统的服务质量。

4 基于空间与突发业务维度的控制准则

业务量除了呈现明显的时间统计规律之外，还呈现出较强的空间统计规律，比如上下班时间写字楼与居民区之间的业务量的规律性流动，繁华商贸区与偏僻街区业务量的显著对比等。除了利用传统的基站部署方案在业务量不同的区域部署不同密度的热点小区外，还可在此基础上根据空间业务量的变化情况，适时地控制小区进入/退出休眠模式。对于统计规律上业务量较小的空间，同样需要实时监控是否有突发业务量出现。在该情况下，空间作为基站动态选择进入/退出休眠模式的主线，突发业务量最为一个特殊的判决标准。两者结合使用才可在实现较好节能效果的同时保证通信系统的服务质量。

5 基站激活状态的梯度化调控准则

为了能够更加有效地实现节能，同时提供更优的服务质量，对基站的激活状态进行梯度化控制。基站处于激活状态的时间越短，则节能效果越好，但如果基站对于动态变化的业务量敏感度越高，则当业务量处于基站的激活/休眠状态判决阈值附近时，基站的控制容易陷入“乒乓切换”，则提供的服务就会越差。因此，考虑降低激活/休眠状态的判决阈值，将基站激活状态的可控范围进行梯度化控制，当业务量逐渐减少时，对基站的发射功率进行梯度调整，保证有效节能并提供更有的服务质量。业务量低至切换阈值时，果断进行状态切换，避免造成服务质量下降。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中热点小区覆盖的场景

图2是本发明具体实施方式中载频管理的场景

图3是本发明具体实施方式中节能策略的具体流程

具体实施方式

为将本发明的技术方案优势描述的更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细阐述，显然所描述的实施例只是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。根据本发明的实施例，本领域的普通技术人员在不经创造性劳动的基础上可以实现本发明的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。在下面的描述中，对与本发明无关的技术只做简要的技术说明或者直接略过。

本发明的主要思想是，在热点小区覆盖场景和载波管理场景下，针对基站侧节能问题，提出了一种基于动态基站控制的节能方案。该方案充分考虑了业务量随时间以及空间的规律性变化，在此基础上还特别考虑了突发业务量的影响，并由此提出了基于时间与突发业务维度的控制准则和基于空间与突发业务维度的控制准则。除此之外，还通过将基站激活状态的可控范围梯度化处理以增加基站的有效服务时间，既能够实现有效节能，又可以提高系统的总体服务质量。

图1是本发明具体实施方式中热点小区覆盖的场景

图2是本发明具体实施方式中载波管理的场景

图3是本发明具体实施方式中节能策略的具体流程，具体包括：

步骤301：系统初始化时，判断热点小区的基站处于激活状态还是休眠状态。

步骤302：处于激活状态的热点小区持续监测业务量是否维持在当前服务状态所需的业务量阈值以上，并根据监测结果更新运营统计数据(含时间和空间的统计信息)，以备参考。

步骤303：热点小区处于激活状态时，基站根据业务量的变化进行梯度化的发射功率控制，即当业务量减小时，梯度降低发射功率，当业务量增大时，在限定的发射功率下梯度增加发射功率。

步骤304：当监测到的业务量低至基站进入休眠模式的阈值时，热点小区的基站将考虑转入休眠模式；当处于激活状态的热点小区基站处于闲时、忙时临界时间，基站考虑进入休眠模式。

步骤305：处于休眠状态的热点小区持续监测业务量是否有激增的趋势，并根据监测结果更新运营统计数据(含时间和空间的统计信息)，以备参考。

步骤306：当处于休眠状态的热点小区基站监测到突发业务时，考虑转入激活模式；当处于休眠状态的热点小区基站处于闲时、忙时临界时间，基站考虑转入激活模式。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.蜂窝系统中一种基于基站协调控制的移动通信系统节能方案，其特征包括以下步骤：

步骤1：系统初始化时，判断热点小区的基站处于激活状态还是休眠状态。

步骤2：处于激活状态的热点小区持续监测业务量是否维持在当前服务状态所需的业务量阈值以上，并根据监测结果更新运营统计数据(含时间和空间的统计信息)，以备参考。

步骤3：热点小区处于激活状态时，基站根据业务量的变化进行梯度化的发射功率控制，即当业务量减小时，梯度降低发射功率，当业务量增大时，在限定的发射功率下梯度增加发射功率。

步骤4：当监测到的业务量低至基站进入休眠模式的阈值时，热点小区的基站将考虑转入休眠模式；当处于激活状态的热点小区的基站处于闲时、忙时临界时间，基站考虑进入休眠模式。

步骤5：处于休眠状态的热点小区持续监测业务量是否有激增的趋势，并根据监测结果更新运营统计数据(含时间和空间的统计信息)，以备参考。

步骤6：当处于休眠状态的热点小区基站监测到突发业务时，考虑转入激活模式；当处于休眠状态的热点小区基站处于闲时、忙时临界时间，基站考虑转入激活模式。

2.根据权利1所要求的一种移动通信系统节能方案，其特征在于：

步骤1提及的系统初始化过程包括新基站部署以及网络拓扑发生变动之后的情况，该检测过程根据运营商需求的时间间隔执行；热点小区基站的检测也包括各载波状态的检测，下同。

3.根据权利1所要求的一种移动通信系统节能方案，其特征在于：

步骤2中，处于激活状态的热点小区持续监测业务量是否维持在当前服务状态所需的业务量阈值以上，并根据监测结果更新运营统计数据，以备参考。运营统计数据的信息包括对于特定时间段业务量的统计以及对特定空间业务量变化趋势的统计。

4.根据权利1所要求的一种移动通信系统节能方案，其特征在于：

步骤3中，热点小区处于激活状态时，基站根据业务量的变化进行梯度化的发射功率控制，即当业务量减小时，梯度降低发射功率，当业务量增大时，在限定的发射功率下梯度增加发射功率；当业务量低至阈值时，果断切换到休眠模式。

5.根据权利1所要求的一种移动通信系统节能方案，其特征在于：

步骤4中，热点小区监测到的业务量低至基站进入休眠模式的阈值时，基站将考虑转入休眠模式；处于激活状态的热点小区基站处于闲时、忙时临界时间，基站考虑进入休眠模式。

6.根据权利1所要求的一种移动通信系统节能方案，其特征在于：

步骤5中，处于休眠状态的热点小区持续监测业务量是否有激增的趋势，并根据监测结果更新运营统计数据，以备参考。运营统计数据的信息包括对于特定时间段业务量的统计以及对特定空间业务量变化趋势的统计。

7.根据权利1所要求的一种移动通信系统节能方案，其特征在于：

步骤6中，当处于休眠状态的热点小区基站监测到突发业务时，考虑转入激活模式；当处于休眠状态的热点小区基站处于闲时、忙时临界时间，基站考虑转入激活模式。