CN103313374A - 一种控制平面与用户平面自适应功率调整方法 - Google Patents

一种控制平面与用户平面自适应功率调整方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制平面与用户平面自适应功率调整方法，所述方法包括如下步骤：S1：确定无线网络系统覆盖的服务区域，网络中心控制器根据所述服务区域中不同服务节点来确定所述无线网络系统所需的服务范围和服务能力；S2：各服务节点的控制平面根据整个网络环境，利用功率控制，调整各服务节点的控制平面所覆盖的服务范围；S3：各服务节点根据用户实时的分布位置和服务质量要求，调整所述各服务节点用户平面的服务范围。本发明公开的一种控制平面与用户平面自适应功率调整方法克服了现有技术干扰严重的问题，资源利用率高。

Description

一种控制平面与用户平面自适应功率调整方法
技术领域
本发明涉及无线网络通信技术领域，尤其涉及一种控制平面与用户平面自适应功率调整方法。
背景技术
随着移动通信技术及无线网络系统的进一步发展，对无线网络资源的合理分配及能效要求的不断提高，传统的网络组网方式暴露出越来越多的弊病。据调查，预计到2020年，无线网络的容量需求将是目前的1000倍，而单纯的从无线传输技术上可获得的容量提升幅度非常有限，因此，研究的关注点放在了无线网络的组网方式与功率分配上，不同种类的服务节点的联合部署与灵活协作被认为是提升无线网络系统容量的重要方法。但是由于不同类型的移动通信基站、无线接入点等提供覆盖服务的节点的不断增加，使得由于所述节点控制平面与用户平面覆盖范围固定所造成的资源浪费、干扰严重等问题亟待解决。目前，控制平面与用户平面的分离已被广泛研究，这种将信令与数据分开处理的方式在很大程度上提高了用户的通信质量。基于3GPP（Third Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）协议，用户平面也可称为数据平面。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是：在保证用户服务质量前提下，如何提供一种控制平面与用户平面自适应功率调整方法，以克服现有技术由于控制平面与用户平面覆盖范围固定造成的资源浪费、干扰严重的技术问题。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种控制平面与用户平面自适应功率调整方法，所述方法包括如下步骤：
S1：确定无线网络系统覆盖的服务区域，网络中心控制器根据所述服务区域中不同服务节点来确定所述无线网络系统所需的服务范围和服务能力；
S2：各服务节点的控制平面根据整个网络环境，利用功率控制，调整各服务节点的控制平面所覆盖的服务范围；
S3：各服务节点根据用户实时的分布位置和服务质量要求，调整所述各服务节点用户平面的服务范围。
优选地，所述步骤S2的具体步骤包括：
S21：宏基站在控制信道中，以最大功率发射，使所述宏基站控制平面能覆盖所需服务的区域，并大于用户平面所覆盖的服务区域；
S22：所述宏基站接收用户终端发送的业务请求，结合无线网络系统当前的资源使用情况和负载情况，为所述用户终端分配所述宏基站控制范围内的基站；
S23：所述宏基站根据所述基站到所述用户终端的距离和信道衰落情况，得到路径损耗和所述用户终端的接收功率；
S24：如果所述用户终端的接收功率满足γn≥γ0，所述基站可以向所述用户终端传输数据；否则调整所述基站的发射功率，进入步骤S25；
S25：如果调整后的所述基站发射功率大于所述基站的最大发射功率，拒绝所述用户终端的接入；否则返回步骤S23；
其中，γn为所述用户终端的接收功率，γ0为所述用户终端可以接入无线网络系统的最低接收功率，即为所述用户终端接收功率阈值。
优选地，所述控制信道为公共导频信道或物理下行控制信道。
优选地，所述步骤S3具体步骤包括：
S31：通过数据信道，基站完成到用户终端的数据流传输过程；
S32：根据所述基站到所述用户终端的路径损耗和香农定理，获得所述基站基于现有发射功率的数据传输速率；
S33：如果所述基站的传输速率满足R≥RLE，进入步骤S35；否则调整所述基站的发射功率，进入步骤S34；
S34：如果调整后的所述基站发射功率大于所述基站最大发射功率，拒绝所述基站的接入；否则返回步骤S32；
S35：根据判断准则，选择性能最好的基站接入；
其中，R为所述基站的传输速率，RLE为所述用户终端要求的最低传输速率。
优选地，所述数据信道为物理下行数据共享信道。
优选地，所述的判断准则为公平性、功率有效性、系统吞吐量、掉话率或干扰最小。
优选地，所述基站的发射功率调整的方法包括基于信噪比的定步长功率方法和最大似然估计法方法。
优选地，所述无线网络系统为LTE系统和WCDMA系统时，所述控制平面通过物理下行控制信道控制和管理所有网络协议的运行。
优选地，所述控制平面与所述用户平面是分离的，又是相互制约的；所述控制平面的覆盖范围不小于其管辖下其自身或其所属服务节点用户平面的覆盖范围。
优选地，所述用户业务的服务质量要求获取方法为用户向服务节点发送报告方法或根据用户IP熵判决方法。
（三）有益效果
本发明所提供的一种控制平面与用户平面自适应功率调整方法的技术方案有如下优点：
一、在本发明中，控制平面与用户平面是分离的，又是相互制约的。控制平面与用户平面的覆盖范围可以相等，也可以不等。但为保证服务，服务节点的控制平面的覆盖范围应始终大于其管辖下其自身或其他所属服务节点用户平面的覆盖范围。这样的设计既能保证其服务覆盖范围，又可以根据实际的网络状态调整各自的覆盖范围。
二、承担网络中心控制器功能的某一服务节点的控制平面应尽可能的扩大，而用户平面可以根据实时的业务需求尽可能的缩小，这样在保证用户服务质量的同时，又能避免各服务节点间的干扰；而无线网络系统内其他服务节点的控制平面可以非常小，甚至可以完全不设置控制平面，这样在降低功耗的同时，又能实现其与承担网络中心控制器功能的服务节点的协作。同时，服务节点的类型可在控制平面与用户平面的自适应调整过程中发生转换。
三、在自适应调整策略下，对于要求带宽或速率较低的业务的用户，可由承担网络中心控制器功能的服务节点或其附近节点服务；而对于需要带宽或速率较高的用户，可以由其附近的服务节点提供服务，由于控制平面与用户平面功率受限，这样可以避免承担无线网络系统中心控制器功能的服务节点为覆盖服务节点远端用户而扩大其用户平面带来的功率浪费。
四、微蜂窝、微微蜂窝、毫微微蜂窝、中继站点、无线局域网接入点以及60GHz发射点无控制平面，其管理主动权交给宏蜂窝的控制平面。大带宽、高QoS要求的用户接入微蜂窝、微微蜂窝、毫微微蜂窝、中继站点、无线局域网接入点以及60GHz发射点，低带宽语音业务用户接入宏蜂窝。
附图说明
图1是本发明的控制平面与用户平面自适应功率调整方法的流程图；
图2是本发明的LTE系统的控制平面自适应功率调整方法的流程图；
图3是本发明的LTE系统的用户平面自适应功率调整方法的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一：
如图1所示，本实施例记载了一种控制平面与用户平面自适应功率调整方法，所述方法包括如下步骤：
S1：确定无线网络系统覆盖的服务区域，网络中心控制器根据所述服务区域中不同服务节点来确定所述无线网络系统所需的服务范围和服务能力；
S2：各服务节点的控制平面根据整个网络环境，利用功率控制，调整各服务节点的控制平面所覆盖的服务范围；
S3：各服务节点根据用户实时的分布位置和服务质量要求，调整所述各服务节点用户平面的服务范围。
具体步骤如下：
首先，确定无线网络系统覆盖的服务区域，网络中心控制器根据不同服务节点来确定该无线网络系统所需的服务范围与服务能力。异构无线网络中的服务节点可包括宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝、毫微微蜂窝、中继站点、无线局域网接入点以及60GHz发射点等站点。
其次，各服务节点的控制平面根据整个网络环境实时地，利用功率控制，调整各服务节点的控制平面所覆盖的服务范围，保证控制平面能覆盖所有用户。控制平面在CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）系统中主要通过公共导频信道、在LTE（Long TermEvolution，长期演进）和WCDMA（Wideband Code Division MultipleAccess，宽带码分多址）系统中主要通过物理下行控制信道控制和管理所有网络协议的运行，根据反馈信息和网络状态的变化，通过功率控制来做出调整，以改变其覆盖面范围。
最后，各个服务节点将根据用户实时的分布位置与服务质量（QoS，Quality of Service）需求，调整所述各服务节点用户平面的服务范围。
所述用户业务的服务质量（QoS，Quality of Service）获取方法包括用户向服务节点发送报告的方法和根据用户IP熵判决方法。
在获取用户的业务服务质量（QoS，Quality of Service）后，通过调整下行数据共享信道的发射功率来满足用户的业务需求，从而调整各个服务节点的用户平面覆盖范围。
在本发明中，控制平面与用户平面是分离的，又是相互制约的。为保证服务，控制平面的覆盖范围应始终大于或等于其管辖下其自身或其他所属服务节点用户平面的覆盖范围。用户平面可根据业务的实时使用情况与网络环境缩小覆盖范围。这样的设计既能保证同样的覆盖范围，又可以根据实际的网络状态调整各自的覆盖范围。在总功率不变，保证控制平面能够覆盖所有用户的前提下，控制平面与用户平面的自适应调整可以实现服务节点类型的转换。
实施例二：
如图2所示，本实施例记载了实施例一的控制平面自适应功率调整方法，包括如下步骤：
S21：宏基站在控制信道中，以最大功率发射，使所述宏基站控制平面能覆盖所需服务的区域，并大于用户平面所覆盖的服务区域；
S22：所述宏基站接收用户终端发送的业务请求，结合无线网络系统当前的资源使用情况和负载情况，为所述用户终端分配所述宏基站控制范围内的基站；
S23：所述宏基站根据所述基站到所述用户终端的距离和信道衰落情况，得到路径损耗和所述用户终端的接收功率；
S24：如果所述用户终端的接收功率满足γn≥γ0，所述基站可以向所述用户终端传输数据；否则调整所述基站的发射功率，进入步骤S25；
S25：如果调整后的所述基站发射功率大于所述基站的最大发射功率，拒绝所述用户终端的接入；否则返回步骤S23；
其中，γn为所述用户终端的接收功率，γ0为所述用户终端可以接入无线网络系统的最低接收功率，即为所述用户终端接收功率阈值。
优选地，所述控制信道为公共导频信道或物理下行控制信道。
所述基站的发射功率调整的方法包括基于信噪比(SNR,Signal toNoise Ratio)的定步长功率方法和最大似然估计法方法。
下面针对本实施例进行详细介绍:
针对由宏基站与微微基站混合组网的LTE系统，对于宏基站的控制平面，当用户提出业务请求时，要为该用户分配一定的网络资源和合适的功率，并且对该宏基站中各个基站的用户平面服务区域进行调整。
一、为保证其服务范围，应使宏基站控制平面能覆盖所需要服务的区域。宏基站在物理下行控制信道（PDCCH，physical downlink controlchannel,物理下行控制信道）中，以最大功率发射保证控制平面始终大于所述基站的用户平面且其覆盖范围最大。例如根据目前的3GPP标准规定，对于单天线基站，宏基站在物理下行控制信道中发射功率为46dBm；对于多天线基站，宏基站在物理下行控制信道中发射功率为46dBm-10log(N)dBm。
二、当用户提出业务接入请求后，宏基站将接收业务请求并根据无线网络系统当前的资源使用及负载等状况，为用户分配宏基站控制范围内的宏基站或微微基站。
三、宏基站已知该覆盖范围内各个基站的位置与当前发射状态信息，根据基站到用户终端的距离和信道衰落情况，得到路径损耗和用户的接收功率。其中，LTE场景下的路径损耗公式如下：
宏基站的路径损耗公式为：L(dB)=103.4+24.2log10(D)；
微微基站的路径损耗公式为：L(dB)=103.8+20.9log10(D)；
所述用户终端的接收功率的公式为：
γn=Ptr(dBm)+Grε+Gtε-L(dB)-Lpc-f-I   ；
其中Ptr(dBm)是基站的发射功率（以dBm为单位），Grε，Gtε分别代表用户和天线的增益，L(dB)是基站到用户的路径损耗，Lpc表示穿墙损耗，f表示快衰，I表示干扰余量，D表示基站与所述用户终端之间的距离。
四、基于对用户终端的接收功率的判决，该基站将进行功率调整来满足用户终端的接收功率的解调门限要求。调整后的基站发射功率应小于基站最大发射功率。
五、对于经过功率调整后仍不能满足该用户接收功率要求的基站，将拒绝该用户的接入。
上述用户终端的接收功率的判决保证了覆盖该用户的基站能够在各自的用户平面进行数据传输。
实施例三：
如图3所示，本实施例记载了实施例一的用户平面自适应功率调整方法，包括如下步骤：
S31：通过数据信道，基站完成到用户终端的数据流传输过程；
S32：根据所述基站到所述用户终端的路径损耗和香农定理，获得所述基站基于现有发射功率的数据传输速率；
S33：如果所述基站的传输速率满足R≥RLE，进入步骤S35；否则调整所述基站的发射功率，进入步骤S34；
S34：如果调整后的所述基站发射功率大于所述基站最大发射功率，拒绝所述基站的接入；否则返回步骤S32；
S35：根据判断准则，选择性能最好的基站接入；
其中，R为所述基站的传输速率，RLE为所述用户终端要求的最低传输速率。
优选地，所述数据信道为物理下行数据共享信道。
R的计算公式如下：
R = B log ( 1 + P tr g B N 0 ) ;
其中B为所述用户终端被分配的带宽，Ptr为所述基站发射功率，g为考虑了天线增益和路径损耗的信道增益，N0为高斯白噪声的功率谱密度。
所述香农定理公式：
C=Blog(1+SNR)；
C为所述无线网络系统的容量，B为所述无线网络系统的带宽，SNR为所述无线网络系统的信噪比。
当多个基站可同时为一个用户提供服务时，用户将根据一定的准则选择最终接入的基站。其判断准则可为公平性、功率有效性、系统吞吐量、掉话率和干扰最小等。
综上所述，本发明所提供的一种控制平面与用户平面自适应功率调整的方法，使无线网络系统不但保证了用户的服务质量，而且节省了功率的消耗，实现了控制平面与用户平面基于用户的分布情况的自适应调整。

Claims (10)

1.一种控制平面与用户平面自适应功率调整方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1：确定无线网络系统覆盖的服务区域，网络中心控制器根据所述服务区域中不同服务节点来确定所述无线网络系统所需的服务范围和服务能力；
S2：各服务节点的控制平面根据整个网络环境，利用功率控制，调整各服务节点的控制平面所覆盖的服务范围；
S3：各服务节点根据用户实时的分布位置和服务质量要求，调整所述各服务节点用户平面的服务范围。
2.根据权利要求1所述的调整方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤包括：
S21：宏基站在控制信道中，以最大功率发射，使所述宏基站控制平面能覆盖所需服务的区域，并大于用户平面所覆盖的服务区域；
S22：所述宏基站接收用户终端发送的业务请求，结合无线网络系统当前的资源使用情况和负载情况，为所述用户终端分配所述宏基站控制范围内的基站；
S23：所述宏基站根据所述基站到所述用户终端的距离和信道衰落情况，得到路径损耗和所述用户终端的接收功率；
S24：如果所述用户终端的接收功率满足γn≥γ0，所述基站可以向所述用户终端传输数据；否则调整所述基站的发射功率，进入步骤S25；
S25：如果调整后的所述基站发射功率大于所述基站的最大发射功率，拒绝所述用户终端的接入；否则返回步骤S23；
其中，γn为所述用户终端的接收功率，γ0为所述用户终端可以接入无线网络系统的最低接收功率，即为所述用户终端接收功率阈值。
3.根据权利要求2所述的调整方法，其特征在于，所述控制信道为公共导频信道或物理下行控制信道。
4.根据权利要求1所述的调整方法，其特征在于，所述步骤S3具体步骤包括：
S31：通过数据信道，基站完成到用户终端的数据流传输过程；
S32：根据所述基站到所述用户终端的路径损耗和香农定理，获得所述基站基于现有发射功率的数据传输速率；
S33：如果所述基站的传输速率满足R≥RLE，进入步骤S35；否则调整所述基站的发射功率，进入步骤S34；
S34：如果调整后的所述基站发射功率大于所述基站最大发射功率，拒绝所述基站的接入；否则返回步骤S32；
S35：根据判断准则，选择性能最好的基站接入；
其中，R为所述基站的传输速率，RLE为所述用户终端要求的最低传输速率。
5.根据权利要求4所述的调整方法，其特征在于，所述数据信道为物理下行数据共享信道。
6.根据权利要求4所述的调整方法，其特征在于，所述的判断准则为公平性、功率有效性、系统吞吐量、掉话率或干扰最小。
7.根据权利要求2～6任一项所述的调整方法，其特征在于，所述基站的发射功率调整的方法包括基于信噪比的定步长功率方法和最大似然估计法方法。
8.根据权利要求1所述的调整方法，其特征在于，所述无线网络系统为LTE系统和WCDMA系统时，所述控制平面通过物理下行控制信道控制和管理所有网络协议的运行。
9.根据权利要求1所述的调整方法，其特征在于，所述控制平面与所述用户平面是分离的，又是相互制约的；所述控制平面的覆盖范围不小于其管辖下其自身或其所属服务节点用户平面的覆盖范围。
10.根据权利要求1所述的调整方法，其特征在于，所述用户业务的服务质量要求获取方法为用户向服务节点发送报告方法或根据用户IP熵判决方法。
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