CN104080126B - 基于多点协作传输的蜂窝网络节能方法 - Google Patents
基于多点协作传输的蜂窝网络节能方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104080126B CN104080126B CN201410317422.1A CN201410317422A CN104080126B CN 104080126 B CN104080126 B CN 104080126B CN 201410317422 A CN201410317422 A CN 201410317422A CN 104080126 B CN104080126 B CN 104080126B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- base station
- cooperative
- collection
- closed
- base stations
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于多点协作传输技术的蜂窝网络节能方法，主要解决现有技术节能少、不能保障用户服务质量的问题，其实现步骤是：1)中心控制单元开启所有基站，初始化待判决基站集合Λ，收集基站信息；2)利用收集的信息，从待判决基站集合Λ中确定预判决基站i*，并对待判决基站集合进行更新；3)判断预判决基站i*能否关闭，若不能关闭，则该基站开启，否则，该基站为待关闭基站，为其确定协作簇，并更新待判决基站集合Λ；4)判断待判决基站集合Λ是否为空，若不为空，返回步骤2)，否则，关闭待关闭基站，协调待关闭基站的协作簇使用CoMP技术为该待关闭基站内用户服务。本发明能节约大量能量，可用于多个宏小区共存的无线接入网络。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别涉及一种蜂窝网络的节能方法，可用于多个宏小区共存的无线网络中。
背景技术
近年来，无线网络正得到迅猛的发展，用户数目和网络终端接入设备正以惊人的速度增长着，由此带来的爆炸式的数据业务和无处不在的接入需求刺激着网络基础设施的急速扩张。然而，在网络设施急剧扩张的同时，无线网络的耗能也正以惊人的速度增长着，不少无线网络的运营商已经成为高额电费的主要负担者。对于无线网络的运营商而言，在维持网络容量持续增长，保证用户服务质量的同时，减小其电费的开销是其迫切关心的问题。
无线网络中，基站为用户传输公共控制信息和数据信息，在网络规划时，小区的尺寸和容量往往是依据基站负荷的最高峰值决定的。然而，由于网络中用户的移动性和数据业务的突发性，网络的负荷并不常常处于峰值状态，而是在空间和时间上有极大的波动。例如，对于城市小区而言，白天，办公地点的负荷很重，而居民生活区的负荷很轻，晚上则截然相反。若在网络规划时以峰值负荷量为依据，那么在不同时段，同一小区时而处于重负荷状态，时而处于轻负荷状态；而在同一时段下，一些小区处于重负荷状态时，另一些小区处于轻负荷状态。而不幸的是，实际网络负荷的波动性并没有为其耗能带来同样巨大的波动，以典型的UMTS系统为例，基站消耗800-1500W能量，射频发射模块大约只消耗40-80W的能量。即，在实际网络中，即使基站在没有业务的条件下，其消耗的能量也要大于其业务最繁忙时候的百分之九十，这是对能量而言，无疑是一种极大浪费。
蜂窝网络是无线网络的重要组成部分，对于蜂窝网络而言，其接入部分的耗能是蜂窝网络耗能的主要贡献者，对于很多运营商来说，这部分的消费要大于其总电费的70％，而接入部分的耗能主要集中在基站耗能上，因此对于无线网络运营商而言，如何减少基站的耗能是其关注的主要方面。
Diehm F等在Global Communications Conference 2012《Power control andscheduling for joint detection cooperative cellular systems》一文中利用功率控制的方法，结合信道状态信息，为不同信道分配不同的发射功率，减小单位bit上的发射功率，进而减少基站射频发射模块的耗能来实现节能的，但是由于基站射频发射模块的耗能在整个基站耗能中占据的比例很小，所以该方法节约的能量较少。
Han F等在IEEE International Conference on Communications 2012《Energy-efficient cellular network operation via base station cooperation》一文中提出了关闭基站，通过邻近的开启基站利用多点协作传输(CoMP)技术服务关闭基站下用户的节能方法。该方法中，基站的关闭为整个网络节约了大量的能量，而关闭基站下用户的服务质量则通过邻近基站使用CoMP(Coordinated multipoint transmission)技术来保证，CoMP技术是3GPP的Release 8标准中提出的关键技术，利用地理位置上分离的邻近基站协作为关闭基站下的用户传输信息，可以在不增大邻近基站发射功率的条件下，增大邻近基站发射信号的覆盖范围，保证了关闭基站下的信号覆盖。由于没有增大发射功率，该方法能避免对网络引入额外的干扰。然而该方法中协作基站的位置固定，且假设网络中所有基站的负荷都比较低，关闭基站的邻近基站一直有足够的频谱资源为关闭基站下的用户服务，当网络中基站处于高负荷状态时，该方法的可行性不强。
Liu Z等在Wireless Communications and Networking Conference 2013《Energy efficiency of CoMP-based cellular networks with guaranteed coverage》一文中提出了使用CoMP技术改变网络结构来实现节能的方法，该方法中，相邻基站利用CoMP技术增加基站的覆盖范围，在保证用户服务质量的前提下，减少了单位面积上的基站个数，从而减少了单位面积上的耗能。但是这种方法需要改变基站的间距，对现有网络结构的改动较大，不便于实际应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于多点传输的蜂窝网络节能方法，以在不改变网络拓扑结构，确保满足网络中用户基本通信需求且不对网络引入额外干扰的条件下，减少无线接入网络的耗能。
本发明技术方案是：在不改变网络拓扑结构的条件下，结合基站耗能与业务量的关系，对在网络负荷动态变化条件下，选择性关闭基站，并利用CoMP技术为关闭基站下的用户服务，以最小化网络耗能为目标，建立数学模型。依据模型中约束条件，优先判断系统中业务量最小的基站是否存在协作簇；根据判断结果，确定基站的开关状态及协作簇的选择方法；重复操作，直至确定所有基站的开关状态，以减少无线接入网络的耗能。具体的实现步骤包括如下：
1)初始化中心控制单元中基站集合Η＝{1,2,…,K}，待判决基站集合Λ＝{1,2,…,K}，待关闭基站集合基站i∈Η的备选协作簇集合协作簇其中，代表空集；
2)基站i收集其用户的信道状态信息、白噪声信息，统计其已使用资源块个数RUi、空闲资源块个数RSi及其邻近基站信息，并将这些信息传输给中心控制单元；
3)中心控制单元将待判决基站集合Λ中已使用资源块个数RUi的最小值所对应的基站标号赋给预判决基站i*，同时将该基站标号从待判决基站集合Λ中移出；
4)中心控制单元为预判决基站i*确定备选协作簇集合
4a)中心控制单元遍历预判决基站i*的邻近基站i* a的信息，其中a＝1,2,...,6，如果邻近基站i* a处于开启状态，且其空闲资源块个数大于预判决基站i*的已使用资源块个数则将邻近基站i* a的标号放入备选协作基站集合中；
4b)将备选协作基站集合中包含的元素个数记为则备选协作基站集合共包含个真子集，定义为的第j个真子集，初始化真子集下标j＝1；
4c)对于基站i*中的用户计算真子集中所有基站对用户的联合传输速率若所有基站对用户的联合传输速率都不小于用户基本通信所需的速率Rmin，则取子集为备选协作簇，将子集移入备选协作簇集合 否则，舍弃子集
4d)判断真子集下标j与真子集总数的大小关系：若j小于真子集总数将j加1后重新赋值给j，返回步骤4c)；若j等于真子集总数则此时备选协作基站集合的所有真子集都判决完毕，执行步骤5)；
5)中心控制单元依据备选协作簇集合确定预判决基站i*的开关状态：若备选协作簇集合为空，则预判决基站i*处于开启状态，跳转到步骤7)；否则，确定预判决基站i*为待关闭基站，将该基站的标号放入待关闭基站集合T中，执行步骤6)；
6)中心控制单元为预判决基站i*确定其协作簇并更新待判决基站集合Λ与协作簇中的协作基站的空闲资源块个数，协作簇中的基站为协作基站，基站是协作簇中的第n个基站，其中，为协作簇中基站总数：
6a)中心控制单元将备选协作簇集合中的所有备选协作簇依据其包含的基站个数进行升序排列，其中，代表备选协作簇集合中基站个数第j'小的备选协作簇，表示备选协作簇集合中包含的备选协作簇的个数，为包含基站个数最少的备选协作簇；
6b)中心控制单元将备选协作簇作为预判决基站i*的协作簇即
6c)中心控制单元将协作簇中的协作基站的标号从待判决基站集合Λ中移出，并用协作基站的空闲资源块个数减去预判决基站i*的已使用资源块个数得到协作基站的空闲资源块个数其中，
7)判断待判决基站集合Λ是否为空，若不为空，重复执行步骤3)-6)，直至该集合为空，此时待判决基站集合Λ中所有基站的开关状态都判决完毕，待关闭基站集合T及待关闭基站集合T中的待关闭基站Τ(g)对应的协作簇φΤ(g)均构建完毕，待关闭基站Τ(g)为待关闭基站集合T中的第g个基站，g＝1,2,…,|Τ|，|Τ|为待关闭基站集合T中基站总数；
8)中心控制单元对待关闭基站集合T中的待关闭基站Τ(g)，g＝1,2,…,|Τ|进行统一关闭，同时协调待关闭基站Τ(g)所对应协作簇φΤ(g)中的协作基站使用CoMP技术为该待关闭基站Τ(g)内的所有用户传输数据。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明通过直接关闭一些基站的方法来实现节能，与现有使用功率控制实现节能的方法相比，可以节约大量能量。
(2)本发明依据网络的负荷情况和网络中基站的频谱资源使用情况来选择哪些基站作为待关闭基站及协作基站，在网络负荷动态变化的情况，能够确保协作基站有足够的频谱资源为待关闭基站内的用户服务。
(3)本发明利用协作基站使用CoMP技术对关闭基站内的用户服务，协作基站在服务关闭基站内的用户时，不增大自身天线的发射功率，不会对网络引入额外干扰。
仿真结果表明，在负荷为峰值的0.1时，本发明的最高节能比例可达35％。
附图说明
图1是本发明的应用场景图；
图2是本发明的实施流程图；
图3为本发明采用固定3个基站为一个协作簇的方式对关闭基站进行覆盖的仿真图。
图4为本发明在基站负载从峰值的0.1变化至峰值负荷条件下对应的总耗能曲线；
图5为本发明随基站负荷和布局变化，计算边缘基站耗能条件下的节能比例图；
图6为本发明随基站负荷和布局变化，不计算边缘基站耗能条件下的节能比例图。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明的技术方案和效果做进一步描述：
参照图1，本发明的实现场景为多个宏小区共存的蜂窝网络，该蜂窝网络中共有K个宏小区，宏小区半径为R，eNB为演进型基站，基站位于小区的中心，基站集合Η＝{1,2,…,K}，K个基站由中心控制单元统一管理，每个基站配置M根发射天线，用户端配置N根接收天线，基站i∈Η到其用户ui的信道矩阵为信道衰落包含大尺度衰落和小尺度衰落。该蜂窝网络中，所有基站使用相同的带宽。本实例中，基站总数目K≥4，基站发射天线M≥2，用户端天线个数N≥2。
网络中基站间通过X2接口相互连接，交互彼此的信息，基站通过S1接口与中心控制单元相连接，中心控制单元对网络中基站进行统一管理，即控制基站的开启和关闭、调度基站进行数据传输。
参照图2，本发明在图1所示场景中的实现步骤如下：
步骤1，中心控制单元初始化待关闭基站集合Λ和待关闭基站集合Τ。
1a)中心控制单元开启网络中K个基站，定义待判决基站集合Λ用于存放开关状态未知的基站标号，待关闭基站集合Τ用于存放待关闭基站的标号，令待判决基站集合Λ＝{1,2,…,K}，待关闭基站集合
1b)基站i的备选协作簇集合协作簇i＝1,2,…,K，其中，代表空集。
步骤2，基站收集信息并传递给中心控制单元。
2a)基站i通过网络中基站间的X2接口获取其6个邻近基站的标号，记为邻近基站集合{i1,i2,i3,i4,i5,i6}；
2b)基站i通过发送导频序列获取用户信道状态信息及白噪声信息
其中：表示基站i下的第l个用户,l＝1,2,…,Ui，Ui为基站i内的用户总数；
该信道状态信息，包括基站i到用户的信道状态信息及邻近基站ia∈{i1,i2,i3,i4,i5,i6}到用户的信道状态信息定义邻近基站ia为集合{i1,i2,i3,i4,i5,i6}中的第a个基站，a＝1,2,…,6，N代表用户接收端天线个数，M为基站发射端天线个数；
2c)基站i统计其已使用资源块个数RUi和空闲资源块个数RSi，该空闲资源块个数RSi，是指基站i中没有被使用的资源块的个数，每个资源块是由频域上的12个子载波和时域上的7个OFDM符号构成，其中每个子载波的带宽为15kHz，7个OFDM符号构成一个长度为0.5ms的时隙；
2d)基站i将收集及统计到的信息，包括邻近基站集合{i1,i2,i3,i4,i5,i6}、基站i到用户的信道状态信息邻近基站ia∈{i1,i2,i3,i4,i5,i6}到用户的信道状态信息已使用资源块个数RUi和空闲资源块个数RSi，通过S1接口传递给中心控制单元；
步骤3，中心控制单元根据基站传递的信息确定预判决基站i*，同时将其标号从待判决基站集合Λ中移出。
3a)定义资源集合B，用于存放待关闭基站集合Λ中的各基站的已使用资源块个数，初始化为空集；
3b)中心控制单元将待判决基站集合Λ中所有基站所对应的已使用资源块个数RU存放到资源集合B中；
3c)中心控制单元查找资源集合B中已使用资源块个数RU最小值，将该最小值所对应的基站i*作为预判决基站，即有
3d)中心控制单元将预判决基站i*从预判决基站集合Λ中移出，即Λ＝Λ-{i*}。
步骤4，中心控制单元为所述步骤3中的预判决基站i*确定备选协作簇集合Ωi*。
4a)中心控制单元依据预判决基站i*的邻近基站集合{i* 1,i* 2,i* 3,i* 4,i* 5,i* 6}来构建备选协作基站集合Γi*；
4a1)从邻近基站集合{i* 1,i* 2,i* 3,i* 4,i* 5,i* 6}中选取邻近基站i* a，初始化下标a＝1，即有i* a＝i* 1；
4a2)判断邻近基站i* a是否能被放入备选协作基站集合中：
中心控制单元查询邻近基站i* a的信息，如果邻近基站i* a处于开启状态，且其空闲资源块个数大于预判决基站i*的已使用资源块个数则将邻近基站i* a的标号放入备选协作基站集合反之，舍弃该邻近基站i* a的标号；
4a3)对下标a大小进行判断：若下标a小于6，则将下标a加1后重新赋值给下标a，返回步骤4a2)；若下标a等于6，则备选协作基站集合构建完毕，执行步骤4b)；
4b)计算所述4a)中构建的备选协作基站集合中包含的基站个数，将其记为则备选协作基站集合共包含个真子集，定义为的第j个真子集，初始化真子集下标j＝1；
4c)判断真子集中所有基站对预判决基站i*内的每一个用户的联合传输速率是否能够保证用户的基本通信需求，若是，则将真子集移入备选协作簇集合中，否则，舍弃该真子集
4c1)从预判决基站i*中选取用户初始化预判决基站用户下标l＝1；
4c2)计算真子集中所有基站对用户的联合传输速率依据A.Goldsmith在《Wireless Communications.》一书中关于MIMO信道速率的描述，其联合传输速率可通过公式，求得，其中，为真子集中所有基站对用户的联合信道矩阵，代表真子集中第m个基站到用户的信道状态矩阵，p代表天线的发射功率，为用户受到的高斯白噪声，I为单位矩阵；
4c3)比较所述步骤4c2)中真子集中所有基站对用户的联合传输速率与用户基本通信所需的速率Rmin的大小：若所有基站对用户的联合传输速率大于等于用户基本通信所需的速率Rmin，执行步骤4c4)；否则，舍弃子集转至步骤4d)；
4c4)比较预判决基站用户下标l与预判决基站i*内的用户总数之间的大小：若则将l加1后重新赋值给l，返回步骤4c2)；若l等于用户总数则表明真子集中所有基站对用户的联合传输速率都大于用户基本通信所需的速率，取真子集为备选协作簇，将真子集移入备选协作簇集合即执行步骤4d)；
4d)判断真子集下标j与真子集总数的大小关系：若j小于真子集总数将j加1后重新赋值给j，返回步骤4c)；若j等于真子集总数则此时备选协作基站集合的所有真子集都判决完毕，执行步骤5。
步骤5，中心控制单元依据所述步骤4中的备选协作簇集合确定预判决基站i*的开关状态：若备选协作簇集合为空，则预判决基站i*处于开启状态，转至步骤7；否则，预判决基站i*为待关闭基站，将预判决基站i*放入待关闭基站集合T中，执行步骤6；
步骤6，中心控制单元为预判决基站i*确定协作簇并将协作簇中的协作基站从待判决基站集合Λ中移出，更新协作簇中协作基站的空闲资源块个数，协作簇中包含的基站为协作基站。
6a)中心控制单元将备选协作簇集合Ωi*中的所有备选协作簇依据其包含的基站个数进行升序排列，其中，代表备选协作簇集合中基站个数第j'小的备选协作簇，表示备选协作簇集合中包含的备选协作簇的个数，为包含基站个数最少的备选协作簇；
6b)中心控制单元将备选协作簇作为预判决基站i*的协作簇即
6c)中心控制单元更新待判决基站集合Λ和协作簇中协作基站的空闲资源块个数：
6c1)中心控制单元遍历协作簇中的协作基站基站为协作簇中的第n个协作基站， 代表协作簇中基站总数，获取协作基站的空闲资源块个数将其空闲资源块个数减去预判决基站i*的已使用资源块个数重新赋给空闲资源块个数
6c2)中心控制单元遍历协作簇中所有协作基站的标号，将该标号从待判决基站集合Λ中移出。
步骤7，在所述步骤3和所述步骤6c)对待判决基站集合Λ进行更新后，对待判决基站集合Λ的状态进行判断。
判断待判决基站集合Λ是否为空，若不为空，重复执行步骤3-6，直至该集合为空，此时待判决基站集合Λ中所有基站的开关状态都判决完毕，待关闭基站集合T及待关闭基站集合T中的待关闭基站Τ(g)对应的协作簇φΤ(g)均构建完毕，待关闭基站Τ(g)为待关闭基站集合T中的第g个基站，g＝1,2…,|Τ|，|Τ|为待关闭基站集合T中基站总数；
步骤8，中心控制单元对待关闭基站集合T中的待关闭基站进行统一关闭，同时协调待关闭基站对应协作簇中的协作基站使用CoMP技术为待关闭基站内的用户服务。
协作基站使用CoMP技术服务用户目前已有很多现有技术手段，包括CoMP-JP和CoMP-CB技术，从实施方式来看，CoMP-JP技术又可分为中心式CoMP-JP传输技术和分布式CoMP-JP传输技术；从服务用户角度来看，又可分为SU-MIMO-CoMP和MU-MIMO-CoMP技术。
本实例中采用中心式的CoMP-JP结合SU-MIMO-CoMP方式，其实现步骤如下：
8a)对于待关闭基站Τ(g)，g＝1,2…,|Τ|，初始化待关闭基站下标g＝1；
8b)中心控制单元从骨干网络中获取基站Τ(g)下所有用户的数据信息l'＝1,2…,UΤ(g)；
8c)定义φΤ(g)(n)为协作簇φΤ(g)内第n个协作基站，n＝1,2,…,|φΤ(g)|，其中|φΤ(g)|为协作簇φΤ(g)内总的协作基站个数，中心控制单元计算协作簇φΤ(g)中的协作基站φΤ(g)(n)为待关闭基站Τ(g)下每个用户传输数据信息时所需的预编码向量
8c1)对于待关闭基站Τ(g)下的用户初始化待关闭基站内用户下标l'＝1；
8c2)中心控制单元获取协作簇φΤ(g)中的每一个协作基站φΤ(g)(n)，n＝1,2,…,|φΤ(g)|，对于待关闭基站Τ(g)内用户的信道状态信息将协作簇φΤ(g)中所有协作基站对用户的信道状态信息组合成一个联合信道传输矩阵
8c3)利用公式得到协作簇φΤ(g)中所有协作基站对用户预编码矩阵
8c4)从预编码矩阵中选取第n个非零列向量，得到协作簇中第n个协作基站φΤ(g)(n)对用户的预编码向量
8c5)比较待关闭基站内用户下标l'与待关闭基站Τ(g)下用户总数UΤ(g)的大小关系：若l'小于待关闭基站Τ(g)下用户总数UΤ(g)，令l'加1后重新赋值给l'，返回步骤8c2)；若l'等于待关闭基站Τ(g)下用户总数UΤ(g)，此时，协作簇φΤ(g)中的协作基站φΤ(g)(n)为待关闭基站Τ(g)下所有用户传输数据信息时所需的预编码向量计算完毕，执行步骤8d)；
8d)中心控制单元将待关闭基站Τ(g)下所有用户的数据信息l'＝1,2,…,UΤ(g)和每个用户对应的预编码向量通过S1接口传给相应的协作基站φΤ(g)(n)，n＝1,2…,|φΤ(g)|；
8e)协作簇中所有基站φΤ(g)(n)利用所述步骤8d)中获得的数据信息和预编码向量，为待关闭基站内用户进行CoMP传输，同时将该传输行为上报给中心控制单元，中心控制单元在获得上报信息后，将待关闭基站Τ(g)关闭；
8f)判断待关闭基站下标g与待关闭基站集合T中的基站总数|Τ|的大小：
若g<|Τ|，则将g加1后重新赋值给g，返回步骤8b)；
若g＝|Τ|，则表明中心控制单元已将待关闭集合T中所有基站都关闭完毕，且完成了对待关闭基站集合中待关闭基站内用户的数据传输，在下一个控制周期到来时，返回步骤1。
本发明的效果可通过仿真进一步说明：
1)设置仿真参数，如下表：
2)仿真内容与结果
仿真1，采取固定3个基站为一个协作簇的协作簇选择方式，如图1所示，关闭基站i使用{i1,i3,i5}或者{i2,i4,i6}为协作基站，其中，关闭基站坐标为(1000，1000)，三个协作基站坐标分别为(500，1000)、 单位为m，在不增大协作基站天线发射功率的前提下，得到3个协作基站的对于待关闭基站i内的用户覆盖，如图3所示。
从图3中，白色区域代表独立进行数据传输时单个基站对用户的覆盖范围，黑色区域代表在不增加发射功率的前提下，3个基站协作时对用户的覆盖到范围。从图3中可以看出，固定3个基站为一个协作簇的协作簇选择方式，在不增大基站发射功率的前提下，可以保证对关闭基站i内的用户覆盖。故在仿真中采取固定3基站为一个协作簇的协作簇选择方式不会对网络引入额外干扰，而为简化仿真复杂度，后续仿真中可以采取固定3个基站为一个协作簇的协作簇选择方式。
仿真2，采用固定3个基站为一个协作簇的协作簇选择方式，基站负荷从峰值负荷的0.1变化至峰值负荷条件下，分别在基站规模为16个、49个条件下，对本发明和无操作两种情况下对基站总耗能进行仿真，得到基站的总耗能的曲线，如图4所示，其中：
图4(a)表示的是每行4个基站，共16个基站的耗能图示，图4(b)表示的是每行7个基站，共49个基站的耗能图示。
从图4(a)和4(b)两幅图中，可以看出：本发明与无操作相比，可以节约大量能量，且随着基站规模的增大，通过关闭基站而达到的节能比例也在增加。
仿真3，采用固定3个协作基站为一个协作簇的协作簇选择方式，在基站负荷从峰值负荷的0.1变化至峰值负荷，基站规模从9个变化至400个条件下，对本发明中节约的能量与无操作情况下总的耗能的比值进行仿真，得到节能比例的柱状图，如图5所示。
从图5可见，随着基站规模的增大，本发明的节能比例在上升，表明基站布局中边缘不参与算法的基站对本发明的评估影响较大。
仿真4，采用固定3个协作基站为一个协作簇的协作簇选择方式，在基站负荷从峰值负荷的0.1变化至峰值负荷，基站规模从9个变化至400个条件下，舍弃不参与算法的边缘基站耗能，对本发明中节约的能量与无操作情况下基站总耗能的比值进行仿真，得到节能比例的柱状图如图6所示。
从图6可见，基站负荷相同的条件下，随基站布局的变化，基站的节能比例基本维持在一个恒定数值附近，表明舍弃不参与算法的边缘基站的耗能这种计算方法是可行的。同时，与图5对比，可以明显看出，该计算方法下，本发明算法中关闭基站达到的节能比例有所提升，在负荷为峰值的0.1时，其最高节能比例可达35％。
Claims (3)
1.一种基于多点协作传输的蜂窝网络节能方法，包括如下步骤：
1)初始化中心控制单元中基站集合H＝{1,2,…,K}，待判决基站集合Λ＝{1,2,…,K}，待关闭基站集合基站i∈H的备选协作簇集合协作簇其中，代表空集；
2)基站i收集其用户的信道状态信息、白噪声信息，统计其已使用资源块个数RUi、空闲资源块个数RSi及其邻近基站信息，并将这些信息传输给中心控制单元；
3)中心控制单元将待判决基站集合Λ中已使用资源块个数RUi的最小值所对应的基站标号赋给预判决基站i*，同时将该基站标号从待判决基站集合Λ中移出；
4)中心控制单元为预判决基站i*确定备选协作簇集合
4a)中心控制单元遍历预判决基站i*的邻近基站i* a的信息，其中a＝1,2,...,6，如果邻近基站i* a处于开启状态，且其空闲资源块个数大于预判决基站i*的已使用资源块个数则将邻近基站i* a的标号放入备选协作基站集合中；
4b)将备选协作基站集合中包含的元素个数记为则备选协作基站集合共包含个真子集，定义为的第j个真子集，初始化真子集下标j＝1；
4c)对于基站i*中的用户计算真子集中所有基站对用户的联合传输速率若所有基站对用户的联合传输速率都不小于用户基本通信所需的速率Rmin，则取子集为备选协作簇，将子集移入备选协作簇集合 否则，舍弃子集
4d)判断真子集下标j与真子集总数的大小关系：若j小于真子集总数将j加1后重新赋值给j，返回步骤4c)；若j等于真子集总数则此时备选协作基站集合的所有真子集都判决完毕，执行步骤5；
5)中心控制单元依据备选协作簇集合确定预判决基站i*的开关状态：若备选协作簇集合为空，则预判决基站i*处于开启状态，跳转到步骤7)；否则，确定预判决基站i*为待关闭基站，将该基站的标号放入待关闭基站集合T中，执行步骤6)；
6)中心控制单元为预判决基站i*确定其协作簇并更新待判决基站集合Λ与协作簇中的协作基站的空闲资源块个数，协作簇中的基站为协作基站，基站是协作簇中的第n个协作基站，其中，为协作簇中基站总数：
6a)中心控制单元将备选协作簇集合中的所有备选协作簇依据其包含的基站个数进行升序排列，其中，代表备选协作簇集合中基站个数第j'小的备选协作簇，表示备选协作簇集合中包含的备选协作簇的个数，为包含基站个数最少的备选协作簇；
6b)中心控制单元将备选协作簇作为预判决基站i*的协作簇即
6c)中心控制单元将协作簇中的协作基站的标号从待判决基站集合Λ中移出，并用协作基站的空闲资源块个数减去预判决基站i*的已使用资源块个数得到协作基站的空闲资源块个数其中，
7)判断待判决基站集合Λ是否为空，若不为空，重复执行步骤3)-6)，直至该集合为空，此时待判决基站集合Λ中所有基站的开关状态都判决完毕，待关闭基站集合T及待关闭基站集合T中的待关闭基站T(g)对应的协作簇φT(g)均构建完毕，待关闭基站T(g)为待关闭基站集合T中的第g个基站，g＝1,2,…,|T|，|T|为待关闭基站集合T中基站总数；
8)中心控制单元对待关闭基站集合T中的待关闭基站T(g)，g＝1,2,…,|T|进行统一关闭，同时协调待关闭基站T(g)所对应协作簇φT(g)中的协作基站使用CoMP技术为该待关闭基站T(g)内的所有用户传输数据。
2.根据权利要求1所述的基于多点协作传输的蜂窝网络节能方法，其中所述步骤2)中基站i的空闲资源块个数RSi，是指基站i中没有被使用的资源块的个数，每个资源块是由频域上的12个子载波和时域上的7个OFDM符号构成，其中每个子载波的带宽为15kHz，7个OFDM符号构成一个长度为0.5ms的时隙。
3.根据权利要求1所述的基于多点协作传输的蜂窝网络节能方法，其中步骤4c)中计算真子集中所有基站对用户的联合传输速率其计算公式为：
<mrow>
<msubsup>
<mi>R</mi>
<msub>
<mo>&Pi;</mo>
<mrow>
<msup>
<mi>i</mi>
<mo>*</mo>
</msup>
<mo>,</mo>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<msubsup>
<mi>u</mi>
<mi>l</mi>
<msup>
<mi>i</mi>
<mo>*</mo>
</msup>
</msubsup>
</msubsup>
<mo>=</mo>
<mi>log</mi>
<mrow>
<mo>|</mo>
<mrow>
<mi>I</mi>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msubsup>
<mi>pH</mi>
<msub>
<mo>&Pi;</mo>
<mrow>
<msup>
<mi>i</mi>
<mo>*</mo>
</msup>
<mo>,</mo>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<msubsup>
<mi>u</mi>
<mi>l</mi>
<msup>
<mi>i</mi>
<mo>*</mo>
</msup>
</msubsup>
</msubsup>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msubsup>
<mi>H</mi>
<msub>
<mo>&Pi;</mo>
<mrow>
<msup>
<mi>i</mi>
<mo>*</mo>
</msup>
<mo>,</mo>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<msubsup>
<mi>u</mi>
<mi>l</mi>
<msup>
<mi>i</mi>
<mo>*</mo>
</msup>
</msubsup>
</msubsup>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>H</mi>
</msup>
</mrow>
<msubsup>
<mi>&sigma;</mi>
<msubsup>
<mi>u</mi>
<mi>l</mi>
<msup>
<mi>i</mi>
<mo>*</mo>
</msup>
</msubsup>
<mn>2</mn>
</msubsup>
</mfrac>
</mrow>
<mo>|</mo>
</mrow>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，为集合中所有基站对用户的联合信道矩阵，代表真子集中第m个基站到用户的信道状态信息，p代表天线的发射功率，为用户受到的高斯白噪声，I为单位矩阵。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410317422.1A CN104080126B (zh) | 2014-07-04 | 2014-07-04 | 基于多点协作传输的蜂窝网络节能方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410317422.1A CN104080126B (zh) | 2014-07-04 | 2014-07-04 | 基于多点协作传输的蜂窝网络节能方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104080126A CN104080126A (zh) | 2014-10-01 |
| CN104080126B true CN104080126B (zh) | 2017-10-24 |
Family
ID=51601123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410317422.1A Active CN104080126B (zh) | 2014-07-04 | 2014-07-04 | 基于多点协作传输的蜂窝网络节能方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104080126B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104284399A (zh) * | 2014-10-30 | 2015-01-14 | 无锡北邮感知技术产业研究院有限公司 | 一种异构蜂窝网络中用户接入方法及装置 |
| CN104640185B (zh) * | 2015-02-25 | 2018-10-09 | 东南大学 | 一种基于基站协作的小区休眠节能方法 |
| CN106162895A (zh) * | 2015-04-22 | 2016-11-23 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种多连接通信的分布式协调方法和装置 |
| CN104883725B (zh) * | 2015-06-19 | 2018-10-09 | 东南大学 | 一种长期演进网络中基于站点实际负载的网络节能方法 |
| CN105101226B (zh) * | 2015-09-08 | 2018-05-04 | 西安电子科技大学 | 基于多点协作传输的家庭基站网络节能方法 |
| CN105407520B (zh) * | 2015-10-13 | 2019-02-01 | 中国科学院计算技术研究所 | 一种集中式基站休眠决策方法及休眠系统 |
| RU2020121485A (ru) * | 2015-11-24 | 2020-07-14 | АйПиКОМ ГМБХ УНД КО.КГ | Управление трафиком восходящего канала, принимаемого несколькими базовыми станциями |
| CN107425885B (zh) * | 2017-08-02 | 2020-04-07 | 西安电子科技大学 | 基于联盟博弈的CoMP下混合动态分簇方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102355714A (zh) * | 2011-08-29 | 2012-02-15 | 华为技术有限公司 | 基站及其节能方法、控制设备和系统 |
| CN103582088A (zh) * | 2012-07-25 | 2014-02-12 | 北京三星通信技术研究有限公司 | 一种基站协作休眠/唤醒方法和系统 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8548511B2 (en) * | 2010-06-21 | 2013-10-01 | Qualcomm Incorporated | Energy saving mode with maintained number of advertised transmit antennas |
| CN102695253B (zh) * | 2011-03-25 | 2016-08-03 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种基站节能信息的传递方法及节能实现方法与系统 |
-
2014
- 2014-07-04 CN CN201410317422.1A patent/CN104080126B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102355714A (zh) * | 2011-08-29 | 2012-02-15 | 华为技术有限公司 | 基站及其节能方法、控制设备和系统 |
| CN103582088A (zh) * | 2012-07-25 | 2014-02-12 | 北京三星通信技术研究有限公司 | 一种基站协作休眠/唤醒方法和系统 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Coordinated Multipoint Transmission/Reception Techniques for LTE-advanced;M. Sawahashi et al.;《IEEE Wireless Communication,2010,17(3):26-34》;20100624;全文 * |
| Coordinated Multipoint:Concepts,Performance,and Field Trial Results;R Irmer et al.;《IEEE Communication Magazine,2011,49(2):102-111》;20110204;全文 * |
| On Greening Cellular Networks Via Multicell Cooperation;T Han et al.;《IEEE Wireless Communications,2013,20(1):82-89》;20130307;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104080126A (zh) | 2014-10-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104080126B (zh) | 基于多点协作传输的蜂窝网络节能方法 | |
| Zhou et al. | Energy-efficient resource allocation for energy harvesting-based cognitive machine-to-machine communications | |
| Liu et al. | Load aware joint CoMP clustering and inter-cell resource scheduling in heterogeneous ultra dense cellular networks | |
| Sofi et al. | A survey on energy efficient 5G green network with a planned multi-tier architecture | |
| Shi et al. | Group sparse beamforming for green cloud-RAN | |
| Zhu et al. | Wireless power transfer in massive MIMO-aided HetNets with user association | |
| Feng et al. | BOOST: Base station on-off switching strategy for energy efficient massive MIMO HetNets | |
| Peng et al. | Joint data assignment and beamforming for backhaul limited caching networks | |
| Hao et al. | On the energy and spectral efficiency tradeoff in massive MIMO-enabled HetNets with capacity-constrained backhaul links | |
| CN109729528A (zh) | 一种基于多智能体深度强化学习的d2d资源分配方法 | |
| Zaidi et al. | User-centric base-station wireless access virtualization for future 5G networks | |
| Yuan et al. | Wireless information and power transfer design for energy cooperation distributed antenna systems | |
| CN105722016B (zh) | 分层m2m网络中网关和终端发射功率的协同控制方法 | |
| CN101877918A (zh) | 移动通信中基站动态分簇的设备和方法 | |
| CN103379502B (zh) | 一种蜂窝网络中引入d2d技术的频谱资源分配方法 | |
| Coskun et al. | Energy-efficient base station deployment in heterogeneous networks | |
| CN107426773A (zh) | 无线异构网络中面向能效的分布式资源分配方法和装置 | |
| Liu et al. | Energy-efficient resource allocation in full-duplex relaying networks | |
| Georgakopoulos et al. | Coordination multipoint enabled small cells for coalition-game-based radio resource management | |
| CN104640185B (zh) | 一种基于基站协作的小区休眠节能方法 | |
| Zhang et al. | Cell-free IoT networks with SWIPT: Performance analysis and power control | |
| Tran et al. | Dynamic radio cooperation for downlink cloud-RANs with computing resource sharing | |
| CN106304111A (zh) | 基于能量采集中继站的异构蜂窝网络功率指派方法 | |
| Wu et al. | Coalition‐based sleep mode and power allocation for energy efficiency in dense small cell networks | |
| Xu et al. | Overlapping coalition formation games based interference coordination for D2D underlaying LTE-A networks |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |