CN108200609B - 一种适用于5g绿色通信的小区选择方法 - Google Patents

一种适用于5g绿色通信的小区选择方法 Download PDF

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Abstract

本发明请求保护一种适用于5G绿色通信场景下的小区选择方法，本发明是在充分考虑了异构网络的特点、负载均衡以及能效后，做出小区选择的决策，使得用户设备的掉话率减少，增加用户体验。本发明是一种增强型的小区选择方法。本发明应用筛选法使得用户设备选择相对于Macro基站距离更近的低功率节点。由于低功率节点容量有限，本发明使用负载均衡的方法控制低功率节点的用户选择。由于传统蜂窝网每年产生接近600亿KWh的能源消耗，产生了上亿级的二氧化碳，加剧了温室效应，于是绿色通信在5G通信中被提倡，本发明基于这一特点将能效这一参数体现在小区选择中。本发明考虑小区选择的条件较多，不但提高了用户体验，而且更适用于5G通信。

Description

一种适用于5G绿色通信的小区选择方法
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，具体涉及到负载均衡，能效的小区选择方法。
背景技术
近年来，蜂窝产业的迅速增长除了给人们带来了巨大的便利之外，还带来了一些负面的影响。流量的增加也带来了能源消耗的增加。传统蜂窝网每年产生接近600亿KWh的能源消耗，产生了上亿级的二氧化碳，加剧了温室效应。同时，能源的巨大消耗给网络运营商增加了高额的费用支出随着数据速率需求的日益增长，传统的基于宏蜂窝覆盖的组网方式已经不能够满足业务要求。为了改造小区中的覆盖情况以及支持高的数据速率，异构网络应运而生。在异构网络中，除了传统的宏蜂窝，还存在一些低功率节点。
异构网是一种非常有前景的技术，其使得频谱的利用率更高，能量的利用率更高，利用这个技术可以实现5G宽带无线通信的要求。为了实现绿色通信，运营商开始考虑部署可再生能源，如太阳能电池板、风力发电机等，减少传统电网供电的开销。研究发现，在异构网络中，由于Pico等低功率节点的发射功率较低(<＝37dBm)，而且低功率节点的天线高度较低，除非是十分接近低功率节点的用户，选择低功率节点的用户数远远小于选择Marco基站的用户数。
于是，在异构网络的场景下，仅仅凭借参考信号接收功率的大小并不能较优的实现整个系统的性能。本文通过综合考虑用户的参考信号接收功率、接收速率、负载均衡、能效等特点，提出了一种适用于5G绿色通信的方法。
发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种不仅使得用户的掉话率大大减少，还可以实现绿色通信的特点，减少运营商的成本的适用于5G绿色通信的小区选择方法。本发明的技术方案如下：
一种适用于5G绿色通信的小区选择方法，其包括以下步骤：
步骤1：用户设备进行全频带搜索，将RSRP(Reference Signal Received Power，参考信号接收功率)大于0以及接收速率满足QoS要求的N个小区保存在用户本地；
步骤2：基站计算步骤1保存的N个小区的负载系数并广播，用户设备接收此负载系数值；
步骤3：检测步骤1保存的N个小区的小区列表中是否存在低功率节点，使用筛选法筛选出低功率节点；
步骤4：低功率节点计算当前节点的能效效用因子并广播，用户设备接收此能效效用因子数值；
步骤5：计算所有小区的效益函数值，选择效益函数值最大的小区为服务小区，结束。
进一步的，所述步骤1用户计算自己的参考信号接收功率和接收速率并保存在本地，具体包括：用户u接收到来自各个基站的参考信号，并通过接收参考信号功率来计算接入相应基站的接收速率；假设系统中有M个Macro基站，Np个低功率节点，基站的发送功率用T表示，系统带宽为B，通过计算得到的信道增益为
Figure BDA0001540643150000021
信道噪声为σ2，其中m表示Macro基站的序号，k表示低功率节点的序号，当k＝0时，表示当前的Macro基站，
Figure BDA0001540643150000022
表示基站的发送功率，用k′区分低功率节点，m′区分Macro基站，则用户的接收速率可以计算为：
Figure BDA0001540643150000023
其中：
Figure BDA0001540643150000024
进一步的，所述步骤2基站计算步骤1保存的N个小区的负载系数并广播，用户设备接收此负载系数值，具体包括：假设满足QoS要求的用户接收速率为βu，根据用户的实际的接收速率，可以计算出当前UE需要的资源数为
Figure BDA0001540643150000025
用
Figure BDA0001540643150000026
表示用户是否选择当前小区为服务基站，当
Figure BDA0001540643150000027
时，表示用户选择此基站为服务基站，否则
Figure BDA0001540643150000028
则此时基站的实际负载为
Figure BDA0001540643150000029
假设Macro基站和低功率节点的总资源数分别为ρm或
Figure BDA0001540643150000031
和ρp，于是，Macro基站的负载系数
Figure BDA0001540643150000032
和低功率节点的负载系数
Figure BDA0001540643150000033
分别计算为：
Figure BDA0001540643150000034
进一步的，所述步骤3筛选出低功率节点具体包括：通过比较RSRP的大小，即可筛选出低功率节点。
进一步的，所述步骤4低功率节点计算当前节点的能效效用因子并广播，用户设备接收此能效效用因子数值，具体包括：
基站消耗功率的计算，在时刻t时，基站的能量消耗表示为
Figure BDA0001540643150000035
其中
Figure BDA0001540643150000036
表示基站依赖负载的功率消耗系数，假设基站的发射功率假设不变，当用户选择某个低功率节点作为服务小区时，增加的能量消耗为
Figure BDA0001540643150000037
能量增加TEI的计算，
Figure BDA0001540643150000038
其中α表示能量存储在电池中的效率，其取值为0≤α≤1，
Figure BDA0001540643150000039
表示当前基站的剩余能量的增量，
Figure BDA00015406431500000310
表示从基站电池中放电的能量，
Figure BDA00015406431500000311
表示基站电池放电能量的增量，
Figure BDA00015406431500000312
表示其他基站剩余能量的增量，ε表示能量传输的效率，其取值为0≤ε≤1，
Figure BDA00015406431500000313
表示低功率节点从传统电网中获取的能量，
Figure BDA00015406431500000314
为其增量；效用因子的计算，效用因子的计算公式为
Figure BDA00015406431500000315
Figure BDA00015406431500000316
表示基站电池中存储的能量，pgrid表示电网价格，
Figure BDA00015406431500000317
表示基站的可再生能源发电装置产生的剩余能量。
基站总效用的计算，基站的总效用为
Figure BDA00015406431500000318
能效效用因子的计算。计算公式为
Figure BDA00015406431500000319
进一步的，所述步骤5计算所有小区的效益函数值具体包括步骤：将参考信号接收功率RSRP进行归一化，计算公式为
Figure BDA0001540643150000041
其中Tmax表示基站的最大发送功率，
Figure BDA0001540643150000042
接收速率归一化，计算公式为
Figure BDA0001540643150000043
其中
Figure BDA0001540643150000044
表示低功率节点的最大发送功率，
Figure BDA0001540643150000045
效益函数值计算，计算公式为
Figure BDA0001540643150000046
其中ω1，ω2，ω3，ω4均为常数。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明公开了一种适用于5G绿色通信的小区选择方法。传统的小区选择方法仅仅凭借参考信号接收功率的大小进行选择，对于5G异构网络融合和绿色通信的特点并不适用，并且传统的小区选择方法并不能较优的实现整个系统的性能。本文通过综合考虑用户的参考信号接收功率、接收速率、负载均衡、能效等特点，同时考虑了5G网络中智能电网中的能效协调，提出了一种适用于5G绿色通信的方法。使得用户的掉话率大大减少，减少用户切换的频率，同时考虑了能效，实现了绿色通信的特点，减少运营商的成本。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例提供的实现流程图；
图2是本发明的系统模型。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
为了更好的说明该方法的具体实施步骤，结合图1的方法流程图和图2的系统模型和举例的方式说明如下：
当UE开机或者从盲区进入覆盖区时，UE首先选择一个公共路地移动网络(PublicLandMobileNetwork,PLMN)，然后对该网络锁允许的所有广播控制信道(BCCH)的频点进行搜索，最后选择一个属于这个PLMN的最合适的小区进行驻留，即完成小区选择。具体步骤如下：
例如：对于多层的异构网络，其中层1为宏小区，层2为小小区。假设物理传输方案为OFDMA，异构网络中的基站都配有可再生能源发电装置进行供电，同时可以使用电网供电。假设异构网络中有M个宏小区，其中每个宏小区中包含一个宏基站和Np个低功率节点。假设系统中有Nu个用户随机分布在宏小区中，所以整个系统中一共有K*Nu个用户。假设一个用户只能选择一个小区，即只能跟一个基站相关联，否则表示基站拒绝为UE服务。为了提供一个通用的模型，这里不具体说明使用的是哪一种可再生能源。
步骤一：用户设备开机，扫描所有频点或部分频点，并在对应频点上找到最强小区，并阅读PLMN信息，选取一个满足条件的公共陆地移动网。
步骤二：进行小区搜索。
步骤三：用户测量并计算来自各个小区的参考信号接收功率系数和接收速率系数。并根据参考信号接收功率的大小筛选出低功率节点。参考信号接收功率系数的计算公式为
Figure BDA0001540643150000051
其中
Figure BDA0001540643150000052
接收速率系数的计算公式为
Figure BDA0001540643150000053
其中
Figure BDA0001540643150000054
步骤四：基站侧计算自己的负载系数和能效效用并对基站内的用户进行广播。 Macro基站和低功率节点的负载系数的计算公式分别为其中，由于Macro基站没有配备可再生能源发电装置，所以仅仅 针对低功率节点进行能效效用系数的计算。低功率节点的能效效用系数计算公式为其中
Figure BDA0001540643150000064
Figure BDA0001540643150000065
步骤五：效益函数值计算。根据用户自己计算的参考信号接收功率系数和接收速率系数，以及基站广播的负载系数和能效效用系数，计算总的效益函数值。计算公式为
Figure BDA0001540643150000066
其中ω1，ω2，ω3，ω4均为常数。
步骤六：根据效益函数值进行排序，效益函数值最大的小区即为用户可以选择其为服务小区。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种适用于5G绿色通信的小区选择方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：用户设备进行全频带搜索，将RSRP参考信号接收功率大于0以及接收速率满足QoS要求的N个小区保存在用户本地；
步骤2：基站计算步骤1保存的N个小区的负载系数并广播，用户设备接收此负载系数值；
步骤3：检测步骤1保存的N个小区的小区列表中是否存在低功率节点，使用筛选法筛选出低功率节点；
步骤4：低功率节点计算当前节点的能效效用因子并广播，用户设备接收此能效效用因子数值；
步骤5：计算N个小区的效益函数值，选择效益函数值最大的小区为服务小区，结束；
所述步骤3筛选出低功率节点具体包括：通过比较RSRP的大小，即可筛选出低功率节点；
所述步骤4低功率节点计算当前节点的能效效用因子并广播，用户设备接收此能效效用因子数值，具体包括：
基站消耗功率的计算，在时刻t时，基站的能量消耗表示为
Figure FDA0002372860410000011
其中
Figure FDA0002372860410000012
表示基站依赖负载的功率消耗系数，假设基站的发射功率假设不变，当用户选择某个低功率节点作为服务小区时，增加的能量消耗为
Figure FDA0002372860410000013
能量增加TEI的计算，
Figure FDA0002372860410000014
其中α表示能量存储在电池中的效率，其取值为0≤α≤1，
Figure FDA0002372860410000015
表示当前基站的剩余能量的增量，
Figure FDA0002372860410000016
表示从基站电池中放电的能量，
Figure FDA0002372860410000017
表示基站电池放电增加的能量，
Figure FDA0002372860410000018
表示其他基站剩余能量的增量，ε表示能量传输的效率，其取值为0≤ε≤1，
Figure FDA0002372860410000019
表示低功率节点从传统电网中获取的能量，
Figure FDA00023728604100000110
为其增量；
效用因子的计算，效用因子的计算公式为
Figure FDA0002372860410000021
Figure FDA0002372860410000022
表示基站电池中存储的能量，pgrid表示电网价格，
Figure FDA0002372860410000023
表示基站的可再生能源发电装置产生的剩余能量；
基站总效用的计算，基站的总效用为
Figure FDA0002372860410000024
能效效用因子的计算。计算公式为
Figure FDA0002372860410000025
所述步骤5计算所有小区的效益函数值具体包括步骤：将参考信号接收功率RSRP进行归一化，计算公式为
Figure FDA0002372860410000026
其中Tmax表示基站的最大发送功率，
Figure FDA0002372860410000027
Tmmax表示宏基站的最大发射功率，Tpmax表示低功率节点的最大发送功率；
接收速率归一化，计算公式为
Figure FDA0002372860410000028
其中
Figure FDA0002372860410000029
Tpmax表示低功率节点的最大发送功率，
Figure FDA00023728604100000210
效益函数值计算，计算公式为
Figure FDA00023728604100000211
其中ω1，ω2，ω3，ω4均为常数。
2.根据权利要求1所述的一种适用于5G绿色通信的小区选择方法，其特征在于，所述步骤1用户计算自己的参考信号接收功率和接收速率并保存在本地，具体包括：用户u接收到来自各个基站的参考信号，并通过接收参考信号功率来计算接入相应基站的接收速率；假设系统中有M个Macro基站，Np个低功率节点，基站的发送功率用T表示，系统带宽为B，通过计算得到的信道增益为
Figure FDA0002372860410000031
信道噪声为σ2，其中m表示Macro基站的序号，k表示低功率节点的序号，当k＝0时，表示当前的Macro基站，
Figure FDA0002372860410000032
表示基站的发送功率，用k′区分低功率节点，m′区分Macro基站，则用户的接收速率可以计算为：
Figure FDA0002372860410000033
其中：
Figure FDA0002372860410000034
3.根据权利要求2所述的一种适用于5G绿色通信的小区选择方法，其特征在于，所述步骤2基站计算步骤1保存的N个小区的负载系数并广播，用户设备接收此负载系数值，具体包括：假设满足QoS要求的用户接收速率为βu，根据用户的实际的接收速率，可以计算出当前UE需要的资源数为
Figure FDA0002372860410000035
用
Figure FDA0002372860410000036
表示用户是否选择当前小区为服务基站，当
Figure FDA0002372860410000037
时，表示用户选择此基站为服务基站，否则
Figure FDA0002372860410000038
则此时基站的实际负载为
Figure FDA0002372860410000039
假设Macro基站和低功率节点的总资源数分别为ρm或
Figure FDA00023728604100000310
和ρp，于是，Macro基站的负载系数
Figure FDA00023728604100000311
和低功率节点的负载系数
Figure FDA00023728604100000312
分别计算为：
Figure FDA00023728604100000313
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