CN102843724A - 移动通信系统载波聚合场景下的节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动通信系统载波聚合场景下的节能方法，包括以下步骤：各eNB对本小区各个载波上的用户统计其负载，并且各eNB通过X2接口交换各自的信息；eNB监测小区负载，小区判断负载若低于初始设定的阈值，小区节能状态触发；统计出小区主载波上能够接入邻居小区次载波上的用户总数,并将这些用户按照所占资源数大小降序排列，将这些用户按照资源数的大小依次切换至邻居小区的次载波上；将小区次载波上的所有用户切换至主载波中，关闭次载波，节能算法结束。本发明可以使得低负载小区中次载波的用户能够全部切换至本小区的主载波内，从而关闭低负载小区中的次载波，节省系统的能量。

Description

移动通信系统载波聚合场景下的节能方法

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

针对IMT-Advanced对100MHz系统带宽的要求，3GPP LTE Release 10引入了载波聚合(Carrier Aggregation)技术，通过联合调度和使用多个成员载波(CCs,ComponentCarriers)上的资源，使得LTE-Advanced可以支持最大100MHz的带宽。每一个成分载波都由一个独立的RF(Radio Frequency)为其服务。由于无线信道的特征例如传播路径损耗以及多普勒频偏在不同的成分载波上变化很大，因此使得不同成分载波的覆盖范围有很大差异。处在高频段的成分载波覆盖范围较小，称为次载波；处于低频段的成分载波覆盖范围较大用来保证小区的基本覆盖，称为主载波。

随着移动通信网络规模的逐渐扩大，能耗占移动通信网络运营成本的比重也越来越大，使得节能成为移动通信网络中的一个重要课题。在业务量低时，小区的负载一般较低，无线资源没有得到充分利用，所有成分载波的开启会带来不必要的能耗。因此，可以选择部分成分载波进行关闭，以达到节能的目的。

现有的节能方法通常考虑将负载较低小区中主载波的部分用户切换至相邻小区的主载波内，再将低负载小区中次载波的所有用户切换至本小区的主载波内，然后关闭次载波从而达到节能的目的。

然而，在相邻小区主载波负载较高且相邻小区次载波负载较低的特殊情况下，若采用现有的节能方法，相邻小区的主载波没有足够的资源接纳负载较低的小区中的用户，因而不能关闭低负载小区中的成分载波以减小系统的能耗。因此，在这种网络场景下，可以考虑将低负载小区中主载波内的用户切换至相邻小区的次载波内，再将低负载小区中次载波的所有用户切换至本小区的主载波内，然后关闭低负载小区的次载波从而减小系统的能耗。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供一种移动通信系统载波聚合场景下的节能方法，该方法根据通信负载分布的特点，在通信闲时，将负载较低小区中主载波的一部分用户切换至相邻小区的次载波内，然后将低负载小区中次载波的所有用户切换至主载波内，从而关闭此次载波，减小系统的能耗。

本发明采用的技术方案为：一种移动通信系统载波聚合场景下的节能方法，包括以下步骤：

第一步：各eNB（演进型基站）对本小区各个载波上的用户根据下面公式(1)、(2)、(3)统计其负载，并且各eNB通过X2接口交换各自的信息，包括各个载波上的负载、运营商根据网络运行情况自行设定的阈值；

GBR用户k在某一小区i的某一成分载波j中所占资源数为：

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

其中θ_k为GBR用户k的保障比特率要求，SINR_j，i，k为用户k在小区i的成分载波j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，其取值由运营商根据需求设定，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内的成分载波j，定义其内所有GBR用户占用的资源数：

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

即小区i的成分载波j分配给其内所有GBR用户的总资源数；其中G_j，i是小区i的成分载波j中的GBR用户数，ρ_j,i,k为小区i的成分载波j给GBR用户k分配的资源数；

对于网络中任一小区i，定义其负载：

${\mathrm{\β}}_i=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{Z_j}{\mathrm{\ρ}}_{j,i}}{{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{Z_j}{\mathrm{\γ}}_{j,i}}---\left(3\right)$

β_i即小区i的负载。其中ρ_j,i为小区i的成分载波j分配给其内所有GBR用户的资源数，γ_j，i为小区i的成分载波j的总资源数，Z_j为小区i中的成分载波总数目；

第二步：eNB监测小区负载，小区根据下面公式(4)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，小区节能状态触发,转入第三步，否则转入第一步；

${\mathrm{\&beta;}}_i<{\mathrm{\&beta;}}_i^{\mathrm{thre}}---\left(4\right)$

其中β_i为小区i的负载，

为运营商给定的负载阈值，小区根据该负载阈值划分为高负载小区和低负载小区；

第三步：根据下面公式(5)统计出小区主载波上能够接入邻居小区次载波上的用户总数，并将这些用户按照所占资源数大小降序排列，将这些用户按照资源数的大小依次切换至邻居小区的次载波上，然后根据下面公式(6)判断，若满足公式(6)，则停止用户切换，并转入第四步，否则继续执行第三步；

小区主载波上的用户k以邻居小区次载波为服务载波计算得到信干噪比

若满足公式(5)

${\mathrm{SINR}}_k^{B,1}\&GreaterEqual;\mathrm{Access}\_\mathrm{threshold}---\left(5\right)$

则说明此用户可以接入邻居小区次载波中，其中Access_threshold为运营商自行设定的初始接入阈值；根据公式(5)统计出小区主载波上能够接入至邻居小区次载波上的用户总数

${\mathrm{\&rho;}}_{A,2,k}^{B,1}+{\mathrm{\&rho;}}_{B,1}>{\mathrm{\&rho;}}_{B,1}^{\mathrm{thre}}---\left(6\right)$

其中

为小区主载波上的一个用户如果切换至邻居小区次载波中可能要占用的资源数；ρ_B,1为小区主载波原有用户以及邻居小区次载波已经切换至小区主载波中的用户总共占用的资源数之和；

为运营商根据网络环境自行设定的阈值；

第四步：将小区次载波上的所有用户切换至主载波中，关闭次载波，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。

本发明的有益效果：由于某些实际情形下，相邻小区的主载波没有足够的资源接纳负载较低的小区中的用户，因而不能关闭低负载小区中的成分载波以减小系统的能耗。本发明节能策略利用了相邻小区次载波的剩余资源尽量接纳低负载小区中主载波的用户，可以使得低负载小区中次载波的用户能够全部切换至主载波内，从而关闭低负载小区中的次载波，节省系统的能量。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明网络基本场景示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种移动通信系统载波聚合场景下的节能方法：

1.场景描述

如图2所示：每个小区包含两个成分载波CC1、CC2，由于成分载波所处频段不同，因此覆盖范围有所差异，CC1的覆盖范围较小，CC2的覆盖范围较大保证基本覆盖。

2.小区节能状态触发

为了描述方便，首先定义如下变量：

GBR(Guaranteed Bit Rate)用户k在某一小区i的某一成分载波j中所占资源数为：

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

其中θ_k为GBR用户k的保障比特率要求，SINR_j，i，k为用户k在小区i的成分载波j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，其取值由运营商根据需求设定，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内的成分载波j，定义其内所有GBR用户占用的资源数：

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

即小区i的成分载波j分配给其内所有GBR用户的总资源数。其中G_j，i是小区i的成分载波j中的GBR用户数，ρ_j，i，k为小区i的成分载波j给GBR用户k分配的资源数。

对于网络中任一小区i，定义其负载：

${\mathrm{\&beta;}}_i=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^{Z_j}{\mathrm{\&rho;}}_{j,i}}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^{Z_j}{\mathrm{\&gamma;}}_{j,i}}---\left(3\right)$

β_i即小区i的负载。其中ρ_j,i为小区i的成分载波j分配给其内所有GBR用户的资源数，γ_j，i为小区i的成分载波j的总资源数，Z_j为小区i中的成分载波总数目。

系统实时监测小区负载，根据负载情况判断该小区节能状态是否可以被触发，小区节能状态触发条件：

${\mathrm{\&beta;}}_i<{\mathrm{\&beta;}}_i^{\mathrm{thre}}---\left(4\right)$

其中β_i为小区i的负载，

为运营商给定的负载阈值，小区根据该负载阈值划分为高负载小区和低负载小区。上述小区节能状态触发条件表明，当满足公式(4)，即检测到小区负载低于运营商给定的负载阈值时，小区属于低负载小区，则触发小区的节能状态；否则，不触发。

3.小区载波上用户的切换

当小区的节能状态被触发后，应将本小区中保证覆盖的主载波上的部分用户切换至与其覆盖范围有重叠的邻居小区的次载波内，然后再将本小区次载波上的所有用户切换至本小区主载波上。

以网络基本场景Cell A,Cell B为例，每个小区包含两个成分载波CC1、CC2，CC1的覆盖范围较小属于次载波，CC2的覆盖范围较大保证基本覆盖为主载波。

假设系统监测到Cell A的负载低于初始设定的阈值，此时Cell A根据负载信息判断邻居Cell B的次载波CC1的剩余资源能否接纳Cell A的主载波CC2上的部分用户，此流程为：

第一步：先统计Cell A CC2能够接入至Cell B CC1上的用户总数。Cell A CC2上的用户k以邻居Cell B CC1为服务载波计算得到信干噪比

若满足公式(5)

${\mathrm{SINR}}_k^{B,1}\&GreaterEqual;\mathrm{Access}\_\mathrm{threshold}---\left(5\right)$

则说明此用户可以接入Cell B的CC1中，其中Access_threshold为运营商自行设定的初始接入阈值。根据公式(5)统计出Cell A CC2上能够接入至Cell B CC1上的用户总数

第二步：根据公式(1)(2)计算出这些用户若切换至Cell B CC1中可能要占用的资源数

其中这些用户以Cell B CC1为服务载波计算信干噪比，然后这些用户根据占用资源数的大小进行降序排列；

第三步：在这些用户中选择出能够切换至Cell B CC1上的用户。公式(6)判断用户能否切换至Cell B的CC1上：

${\mathrm{\&rho;}}_{A,2,k}^{B,1}+{\mathrm{\&rho;}}_{B,1}>{\mathrm{\&rho;}}_{B,1}^{\mathrm{thre}}---\left(6\right)$

其中为Cell A CC2上的一个用户如果切换至Cell B CC1中可能要占用的资源数；ρ_B,1为Cell B CC1原有用户以及Cell A CC2已经切换至Cell B CC1中的用户总共占用的资源数之和；

为运营商根据网络环境自行设定的阈值。首先，将Cell A CC2能够接入至Cell B CC1上的

个用户根据它们若切换至Cell B CC1中所占用的资源数的大小按照降序排列；其次，将这些用户根据排列后的顺序依次切换至Cell B CC1中。当第k个用户切换至Cell B CC1时，此时若满足公式(6)，即表明将要切换至Cell B CC1的第k个用户所占用的资源

以及Cell B CC1原有的用户和Cell A CC2中切换至Cell B CC1的(K-1)个用户总共所占用的资源ρ_B,1之和大于初始阈值。在这种情况下，第k个用户将不能切换至Cell B CC1中。因此，

个用户中共有(K-1)个用户可以切换至Cell B CC1中。

第四步：根据第三步统计出Cell A CC2的剩余用户所占用的资源数ρ_A,2并且根据公式(7)判断Cell A CC2的剩余资源能否接纳Cell A CC1上的所有用户：

${\mathrm{\&rho;}}_{A,1}^{A,2}+{\mathrm{\&rho;}}_{A,2}<{\mathrm{\&rho;}}_{A,2}^{\mathrm{thre}}---\left(7\right)$

其中

为Cell A CC1上的所有用户若切换至Cell A CC2可能要占用的资源数；ρ_A,2为Cell A CC2中剩余用户所占用的资源数；

为运营商根据网络环境设定的阈值。若不满足公式(7)，说明Cell A CC2的剩余资源不能够接纳Cell A CC1的所有用户，即CellA CC1不能将所有用户切换至Cell A CC2中，因此不能触发Cell A CC1的关闭条件；若满足公式(7)，即表明Cell A CC2的剩余资源能够接纳Cell A CC1的所有用户，CellA CC1可以将所有的用户切换至Cell A CC2中，因此Cell A CC1可以被关闭。在这种情况下，Cell A CC2的部分用户应该先切换至Cell B CC1中直至资源被占尽，然后CellA CC1的所有用户再切换至Cell A CC1中。

4.Cell A的CC1关闭

根据第3节步骤，若Cell A CC1上的所有用户能够切换至Cell A CC2上，则关闭Cell A CC1。若仍然有用户不能被切换，则Cell A CC1不能被关闭。

5.Cell A的CC1非节能状态恢复

CellA CC1关闭后，用户将切换至目标载波中。但不同时段内，网络负载会发生变化，随着负载的升高，系统中各小区可能出现资源不能容纳其中用户的情况，因此，需要实时监测网络负载，当负载高于一定阈值时，Cell A CC1重新被开启。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种移动通信系统载波聚合场景下的节能方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：各eNB对本小区各个载波上的用户根据下面公式(1)、(2)、(3)统计其负载，并且各eNB通过X2接口交换各自的信息，包括各个载波上的负载、运营商根据网络运行情况自行设定的阈值；

GBR用户k在某一小区i的某一成分载波j中所占资源数为：

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

其中θ_k为GBR用户k的保障比特率要求，SINR_j，i，k为用户k在小区i的成分载波j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，其取值由运营商根据需求设定，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内的成分载波j，定义其内所有GBR用户占用的资源数：

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

即小区i的成分载波j分配给其内所有GBR用户的总资源数；其中G_j，i是小区i的成分载波j中的GBR用户数，ρ_j，i，k为小区i的成分载波j给GBR用户k分配的资源数；

对于网络中任一小区i，定义其负载：

${\mathrm{\&beta;}}_i=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^{Z_j}{\mathrm{\&rho;}}_{j,i}}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^{Z_j}{\mathrm{\&gamma;}}_{j,i}}---\left(3\right)$

β_i即小区i的负载。其中ρ_j,i为小区i的成分载波j分配给其内所有GBR用户的资源数，γ_j，i为小区i的成分载波j的总资源数，Z_j为小区i中的成分载波总数目；

第二步：eNB监测小区负载，小区根据下面公式(4)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，小区节能状态触发,转入第三步，否则转入第一步；

${\mathrm{\&beta;}}_i<{\mathrm{\&beta;}}_i^{\mathrm{thre}}---\left(4\right)$

其中β_i为小区i的负载，

为运营商给定的负载阈值，小区根据该负载阈值划分为高负载小区和低负载小区；

第三步：根据下面公式(5)统计出小区主载波上能够接入邻居小区次载波上的用户总数，并将这些用户按照所占资源数大小降序排列，将这些用户按照资源数的大小依次切换至邻居小区的次载波上，然后根据下面公式(6)判断，若满足公式(6)，则停止用户切换，并转入第四步，否则继续执行第三步；

小区主载波上的用户k以邻居小区次载波为服务载波计算得到信干噪比

若满足公式(5)

${\mathrm{SINR}}_k^{B,1}\&GreaterEqual;\mathrm{Access}\_\mathrm{threshold}---\left(5\right)$

则说明此用户可以接入邻居小区次载波中，其中Access_threshold为运营商自行设定的初始接入阈值；根据公式(5)统计出小区主载波上能够接入至邻居小区次载波上的用户总数

${\mathrm{\&rho;}}_{A,2,k}^{B,1}+{\mathrm{\&rho;}}_{B,1}>{\mathrm{\&rho;}}_{B,1}^{\mathrm{thre}}---\left(6\right)$

其中

为小区主载波上的一个用户如果切换至邻居小区次载波中可能要占用的资源数；ρ_B,1为小区主载波原有用户以及邻居小区次载波已经切换至小区主载波中的用户总共占用的资源数之和；

为运营商根据网络环境自行设定的阈值；

第四步：将小区次载波上的所有用户切换至主载波中，关闭次载波，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。

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