CN104968038B - 睡眠模式小基站的激活方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种睡眠模式小基站的激活方法，包括以下步骤：在小基站处于工作模式时，在小基站部署区域内测量小基站到多个测量位置的信道大尺度衰落；利用测量结果估计信道大尺度衰落模型参数；在小基站处于睡眠模式时，当有活跃用户进入所述区域时，根据用户位置，通过空间插值得到所述睡眠模式小基站到用户的信道大尺度衰落；由核心网通过回程网络选择并激活到用户大尺度衰落最小的小基站，该方法可使小基站在睡眠模式下无需发送和接收射频信号，就能选择大尺度衰落最小的小基站为活跃用户服务，具有降低能耗的优点；本发明还提出了一种睡眠模式小基站的激活系统。

Description

睡眠模式小基站的激活方法及系统
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种睡眠模式小基站的激活方法及系统。
背景技术
在现有通信网络中部署小基站可以缩短用户的接入距离从而提高能量效率，然而在网络负载较低时为了减少能量浪费，应允许小基站在空闲时进入低功耗的睡眠模式，等到有活跃用户时再激活进入正常工作模式。当一个活跃用户进入多个小基站共同覆盖的区域时，应该通过比较多个小基站到该用户的信道状态，选择信道条件最好的小基站进行激活。
现有的小基站激活方式主要分为三种：1、小基站控制激活，2、终端用户控制激活，3、核心网控制激活(核心网是现有通信网络的核心部分)。其中前两种激活方式要求小基站即使处于睡眠模式，也要监听无线网络，小基站的射频单元仍然工作，这将不可避免的造成一定的功耗。第3种激活方式是核心网通过有线连接的回程网络控制小基站激活，因此不需要小基站在睡眠模式下监听无线网络，只需处理来自有线连接的回程网络的数据，其功耗比处理无线射频信号的功耗要低很多。因此和前两种方式相比，核心网控制激活的方式功耗更低。
然而核心网控制激活方式面临的主要问题是当进入睡眠模式时小基站既不发送也不接收用于信道估计的射频信号，这增加了睡眠模式下小基站到活跃用户信道信息估计的难度。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种睡眠模式小基站的激活方法及系统，可使小基站在睡眠模式下无需发送和接收射频信号，就能选择大尺度衰落最小的小基站为活跃用户服务，具有降低能耗的优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种睡眠模式小基站的激活方法，包括以下步骤：在小基站处于工作模式时，在小基站部署区域内测量小基站到多个测量位置的信道大尺度衰落；利用测量结果估计信道大尺度衰落模型参数；在小基站处于睡眠模式时，当有活跃用户进入所述区域时，根据用户位置，通过空间插值得到所述睡眠模式小基站到用户的信道大尺度衰落；选择到用户信道大尺度衰落最小的小基站，由核心网通过回程网络激活。
本发明的另一目的在于提出一种睡眠模式小基站的激活系统，包括：核心网、回程网络、多个小基站和用户端，核心网通过回程网络与多个小基站相连，在小基站处于睡眠模式时，核心网从多个小基站中选择激活一个小基站与用户端进行通讯，核心网选择激活小基站的方式是，首先在小基站处于工作模式时，在小基站部署区域内测量小基站到多个测量位置的信道大尺度衰落；利用测量结果估计信道大尺度衰落模型参数；在小基站处于睡眠模式时，当有活跃用户进入所述区域时，根据用户位置，通过空间插值得到所述睡眠模式小基站到用户的信道大尺度衰落；由核心网通过回程网络选择并激活到用户信道大尺度衰落最小的小基站。
与现有技术相比，本发明可使小基站在睡眠模式下无需发送和接收射频信号，就能选择大尺度衰落最小的小基站为活跃用户服务，具有降低能耗的优点。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的睡眠模式小基站的激活方法的流程图。
图2是根据本发明一个实施例的睡眠模式小基站的激活系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
对于小基站网络系统而言，即在一个现有通信网络上部署了多个小基站，小基站通过有线回程网络与核心网相连。当小基站处于空闲状态时，则进入低功耗的睡眠模式；当有一个活跃用户进入小基站区域时，核心网通过有线回程网络选择并激活一个小基站与用户通讯。
在小基站处于工作模式时，在小基站部署区域内测量小基站到多个测量位置的信道大尺度衰落。这一步可以是在部署小基站时专门以测量为目的，记录信道大尺度衰落信息，也可以是终端用户在与小基站正常通信过程中，估计信道大尺度衰落信息并反馈给核心网，在通信过程中核心网可以不断获取并更新该信息。在所述区域内尽量均匀地选择测量位置，并合理选择测量位置的数量，因为测量位置越多，越有利于提高后续步骤中的信道估计准确度，但测量位置越多，测量工作量越大。
设一共K个小基站，记作Sk(k＝{1，2，…，K})，一共N个测量位置，记作pn(n＝{1，2，…，N})，从小基站Sk到测量位置pn的距离和信道大尺度衰落测量结果分别记作dkn和Lkn，测量位置pn和pm之间的距离记作dn，m，其中距离可以根据记录的位置信息通过几何运算得到，也可以通过直接测量得到。
根据大尺度衰落的测量结果估计小基站Sk的信道传播参数。首先分析信道传输模型，现有研究表明，信道大尺度衰落包含路径损耗和阴影衰落两部分，可以表示为：
其中是参考距离为d0的路径损耗。γ为路径损耗因子，通常取值为2～4之间。Xσ，kn为从小基站Sk到测量位置pn的阴影衰落，符合均值为0方差为σ2的对数正态分布。
连接同一个小基站的两个用户所经历的阴影衰落具有相关性，阴影衰落的相关性可以表示为距离的指数函数，即
其中d表示两个用户之间的距离，dr表示阴影衰落的相关距离。
令xkn＝log10(dkn)，大尺度衰落可以表示为一个线性函数与一个随机变量之和，即
Lkn＝a1xkn+a0+Xσ，kn，
其中a1＝10γ，
由N个测量位置pn(n＝{1，2，…，N})信道大尺度衰落的测量结果，利用线性拟合，可以得到参数a1和a0：
其中
根据传输模型，可以估计从小基站Sk到测量位置pn的路径损耗为
进一步估计从小基站Sk到测量位置pn的阴影衰落为
这样，阴影衰落的方差σ2和相关距离dr可以通过下式计算得到：
其中
A1、B1和B2算式中所做的求和运算是针对距离相等的相邻测量位置，设其距离为dMS。
由此，得到了小基站Sk的大尺度衰落信道传输模型的参数a1、a0、σ2和dr。利用这些参数，当已知小基站到一个用户附近位置的信道大尺度衰落时，可以利用空间相关性估计小基站到该用户的大尺度衰落。
当一个活跃用户到达时，需要估计每个小基站Sk到用户位置pU的信道大尺度衰落，记作LkU。用户位置信息可以通过用户到通信网络的上行信号获取，也可以通过通信系统以外的定位系统获取。
原则上，可以选用所有的测量位置进行空间插值，但为了降低计算复杂度，应合理 选择若干个距离用户比较近的测量位置的信道大尺度衰落进行空间插值。本发明从N个测 量位置中选择M(M＜N)个位置进行空间插值。首先根据测量位置到用户的距离进行排序，选 择距离用户最近的M个位置，记作令 则可以得到从小基站Sk到用户的阴影衰落的估计值：
其中
其中表示测量位置和之间的距离，表示用户到测量位置的距离。
从小基站Sk到用户的大尺度信道衰落为：
LkU＝a1log10(dkU)+a0+Xσ，kU(dB).
其中dkU表示从小基站Sk到用户的距离。
由核心网选择到用户大尺度衰落最小的小基站，通过有线连接的回程网络进行激活。设选择激活的小基站序号为k，则
k＝argmin{LkU|k＝1，…，K}。
图1是根据本发明一个实施例的睡眠模式小基站的激活方法的流程图。如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S101：在小基站处于工作模式时，在小基站部署区域内测量小基站到多个测量位置的信道大尺度衰落。设一共K个小基站，记作Sk(k＝{1，2，…，K})，设一共N个测量位置，记作pn(n＝{1，2，…，N})，从小基站Sk到测量位置pn的距离和信道大尺度衰落测量结果分别记作dkn和Lkn，测量位置pn和pm之间的距离记作dn，m。
步骤S102：利用测量结果估计信道大尺度衰落模型参数，包括每个小基站Sk的信道大尺度衰落模型的参数a1、a0、σ2和dr。
步骤S103：在小基站处于睡眠模式时，当有活跃用户进入所述区域时，根据用户位置及测量位置的信道大尺度衰落，通过空间插值得到所述睡眠模式小基站到用户的信道大尺度衰落{LkU|k＝1，2，…，K}，LkU为从小基站Sk到用户的大尺度衰落的估计值。
步骤S104：选择到用户信道大尺度衰落最小的小基站，由核心网通过有线回程网络进行激活。
例如：被选择激活的睡眠模式小基站的序号通过如下公式计算得到，
k＝argmin{LkU|k＝1，…，K}。
图2是根据本发明一个实施例的睡眠模式小基站的激活系统的示意图。如图2所示，根据本发明一个实施例的睡眠模式小基站的激活系统200，包括：核心网210、回程网络220、多个小基站230和用户端240。核心网210通过回程网络220与多个小基站230相连。核心网210从多个小基站230中选择一个小基站与用户端240进行通讯。核心网选择小基站的方式是，首先在小基站处于工作模式时，在小基站部署区域内测量小基站到多个测量位置的信道大尺度衰落；利用测量结果估计信道大尺度衰落模型参数；在小基站处于睡眠模式时，当有活跃用户进入所述区域时，根据用户位置，通过空间插值得到所述睡眠模式小基站到用户的信道大尺度衰落；由核心网通过回程网络选择并激活到用户信道大尺度衰落最小的小基站。

Claims (3)

1.睡眠模式小基站的激活方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S101：在小基站处于工作模式时，在小基站部署区域内测量小基站到多个测量位置的信道大尺度衰落；
步骤S102：利用测量结果估计信道大尺度衰落模型参数；
步骤S103：在小基站处于睡眠模式时，当有活跃用户进入所述区域时，根据用户位置，通过空间插值得到所述睡眠模式小基站到用户的信道大尺度衰落；
步骤S104：选择到用户信道大尺度衰落最小的小基站，由核心网通过回程网络激活。
2.根据权利要求1所述睡眠模式小基站的激活方法，其特征在于，
所述步骤S101中，设一共K个小基站，记作Sk，k＝{1，2，…，K}，设一共N个测量位置，记作pn，n＝{1，2，…，N}，从小基站Sk到测量位置pn的距离和信道大尺度衰落测量结果分别记作dkn和Lkn，测量位置pn和pm之间的距离记作dn，m；
所述步骤S102中，小基站Sk的信道大尺度衰落模型表示为Lkn＝a1xkn+a0+Xσ，kn，模型参数为a1、a0、σ2和dr，参数的计算公式为：
其中xkn＝log10(dkn)，表示从小基站Sk到测量位置pn的路径损耗，表示从小基站Sk到测量位置pn的阴影衰落， A1、B1和B2算式中所做的求和运算是针对距离相等的相邻测量位置，设其距离为dMS；
所述步骤S103中，从N个测量位置中选择M个位置进行空间插值，其中M＜N，首先根据测量位置到用户的距离进行排序，选择距离用户最近的M个位置，记作i＝{1,2,…,M}，令则可以得到从小基站Sk到用户的阴影衰落的估计值：
其中
其中表示测量位置和之间的距离，表示用户到测量位置的距离；
则从小基站Sk到用户的大尺度信道衰落为：
LkU＝a1log10(dkU)+a0+Xσ，kU(dB).
其中dkU表示从小基站Sk到用户的距离；
所述步骤S104中，由核心网选择到用户大尺度衰落最小的小基站，通过有线连接的回程网络进行激活，设选择激活的小基站序号为k，则
k＝argmin{LkU|k＝1，…，K}。
3.睡眠模式小基站的激活系统，其特征在于，包括核心网、回程网络、和多个小基站，核心网通过回程网络与多个小基站相连，在小基站处于睡眠模式时，核心网从多个小基站中选择激活一个小基站与用户端进行通讯，核心网选择激活小基站的方式是，首先在小基站处于工作模式时，在小基站部署区域内测量小基站到多个测量位置的信道大尺度衰落；利用测量结果估计信道大尺度衰落模型参数；在小基站处于睡眠模式时，当有活跃用户进入所述区域时，根据用户位置，通过空间插值得到所述睡眠模式小基站到用户的信道大尺度衰落；由核心网通过回程网络选择并激活到用户信道大尺度衰落最小的小基站。
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