CN109937556A - 基于业务分析降低蜂窝网络中的功率消耗的方法 - Google Patents

Abstract

蜂窝基站收集关于蜂窝基站处的业务负载的数据，其中蜂窝基站支持至少第一发送/接收频带和第二发送/接收频带中的服务、分析收集到的数据，并基于对收集到的数据的分析重新配置蜂窝基站处的信号传输装备，以降低蜂窝基站处的功率消耗。

Description

基于业务分析降低蜂窝网络中的功率消耗的方法

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月29日提交的美国临时专利申请序列No.62/427,340的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文，就像被整体阐述一样。

技术领域

本发明涉及用于减少蜂窝通信网络中的电力功率消耗的方法，并且更具体地，涉及基于对蜂窝通信网络的基站处的业务模式的分析来减少电力功率消耗。

背景技术

蜂窝通信网络被设计为在大的地理区域内提供无线电覆盖。蜂窝通信网络包括多个基站，该多个基站中各自向被称为小区的地理区域提供无线电覆盖。每个基站包括一个或多个无线电装置和一个或多个天线。射频(“RF”)信号由基站发送到小区内的移动和固定用户，并且在基站处从这些移动和固定用户接收RF信号。每个小区通常与相邻小区重叠到一定程度，使得移动用户当他们在小区之间移动时可以维持连接。每个基站可以通过有线和/或无线链路连接到回程网络。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了操作蜂窝基站的方法，其中，收集关于蜂窝基站处的业务负载的数据。蜂窝基站支持至少第一发送/接收频带和与第一发送/接收频带不同的第二发送/接收频带中的服务。分析收集到的数据，并且然后基于对收集到的数据的分析，自动重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以减少蜂窝基站处的功率消耗。

在一些实施例中，第一发送/接收频带包括蜂窝基站的第一容量层(capacitylayer)，并且第二发送/接收频带包括蜂窝基站的覆盖层(coveragelayer)。在一些实施例中，该方法还包括：响应于对收集到的数据的分析，在基于对收集到的数据的分析来重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以降低蜂窝基站处的功率消耗之前，将至少一个移动用户从在第一发送/接收频带中通信切换到在第二发送/接收频带中通信。

在一些实施例中，重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以降低基站处的功率消耗包括禁用第一无线电装置。禁用第一无线电装置可以包括关闭第一无线电装置或将第一无线电装置设置为低功率待机操作模式。

在一些实施例中，基于对收集到的数据的分析重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以降低蜂窝基站处的功率消耗可以包括基于对收集到的数据的分析重新配置蜂窝基站以将更少的无线电装置用于向至少一个用户的多输入多输出(“MIMO”)传输，或者从向所述至少一个用户的MIMO传输切换到单输入单输出(“SISO”)传输，以便减少蜂窝基站处的功率消耗。在这样的实施例中，当将所述至少一个用户切换到SISO传输时，可以增加分配给所述至少一个用户的带宽量。

在一些实施例中，基于对收集到的数据的分析来重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以降低蜂窝基站处的功率消耗可以包括降低第一无线电装置的峰值发送功率，使得第一容量层的第一扇区的第一覆盖区域减小到第一扇区的小于第一覆盖区域的第二覆盖区域，以便降低蜂窝基站处的功率消耗。在这样的实施例中，该方法还可以包括：响应于对收集到的数据的分析，在重新配置信号传输装备之前，将位于第一扇区的在第一覆盖区域内但不在第二覆盖区域内的一部分中的至少一个移动用户从在第一发送/接收频带中通信切换到在第二发送/接收频带中通信。

在一些实施例中，第一无线电装置可以包括：第一发送端口，该第一发送端口连接到天线的第一辐射元件，第一辐射元件被配置为发送和接收具有第一极化的信号；以及第二发送端口，该第二发送端口连接到天线的第二辐射元件，第二辐射元件被配置为发送和接收具有与第一极化正交的第二极化的信号。在这样的实施例中，基于对收集到的数据的分析重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以降低蜂窝基站处的功率消耗可以包括在继续通过第一发送端口发送信号的同时禁用第二发送端口。

在一些实施例中，分析收集到的数据可以包括开发静态算法，用于基于对收集到的数据的分析来重新配置蜂窝基站处的信号传输装备，以降低蜂窝基站处的功率消耗。

在一些实施例中，静态算法可以基于一天中的时间和/或一周中的一天来重新配置蜂窝基站处的信号传输装备。

在一些实施例中，该方法还可以包括在重新配置蜂窝基站处的信号传输装备之后确定没有足够的信号传输装备可用于满足业务负载；并且然后启用蜂窝基站处的附加信号传输装备。

在一些实施例中，基于对收集到的数据的分析重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以降低蜂窝基站处的功率消耗包括响应于业务负载的变化而动态地重新配置蜂窝基站处的信号传输装备。

在一些实施例中，收集到的数据可以包括小区内的连接用户的数量、总吞吐量、掉话率、没有服务的用户的数量、连接成功率，以及由蜂窝基站服务的小区内的用户位置中的至少一者。

在一些实施例中，基于对收集到的数据的分析重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以降低蜂窝基站处的功率消耗可以包括基于对收集到的数据的分析重新配置用于蜂窝基站的第一扇区的信号传输装备以减少功率消耗而不重新配置用于蜂窝基站的第二扇区信号的传输装备。

附图说明

图1是图示蜂窝基站的示意图。

图2是图示4G和5G LTE网络中提供的分层覆盖体系架构的示意图。

图3是图示用于在基站处重新配置信号传输装备(例如，无线电装置、天线等)以减少功率消耗的示例一天中的时间/一周中的一天(time-of-day/day-of-the-week)算法的表。

图4A是图示在小区中较低业务的时段期间可以如何禁用选定的载波以降低功率消耗的示意图。

图4B是图示在小区中较低业务的时段期间可以如何禁用多输入多输出(“MIMO”)能力以降低功率消耗的示意图。

图4C是图示在小区中较低业务的时段期间可以如何针对选定的载波减少发送功率以降低功率消耗的示意图。

图5是根据本发明的实施例的操作蜂窝基站以降低功率消耗的方法的流程图。

具体实施方式

基站处的“业务负载”是指正通过基站发送和接收的语音和数据业务的量。基站处的业务负载可以基于例如由基站服务的小区内的建筑物和道路的类型和密度而变化很大，并且也可以随时间变化很大。例如，用于市中心办公区中的小区的基站可能在半夜具有非常轻的业务负载、在周末具有适度的业务负载，并且在高峰时段和工作日的办公时段期间具有高或非常高的业务负载。业务负载也可以基于除了一天中的时间和位置之外的因素(诸如，例如，事件)而变化。例如，具有包括体育场、会议中心和其它高容量场所的覆盖区域的基站可能在紧接事件之前、事件之后和事件期间经历非常高的业务负载，并且可能在其它时间经历非常低的业务负载。基站通常被设计成在高业务负载事件期间提供可接受的服务。

随着蜂窝设备的使用激增，包括用于语音和数据业务两者的智能电话的广泛使用，业务负载急剧增加。为了支持这些高业务负载，部署的基站的数量呈指数增长，并且已经增加了支持蜂窝通信的附加频带。为了支持多个频带中的蜂窝服务，基站现在通常包括多个天线和/或在多个频带中进行发送和接收的所谓多频带天线，以及在由基站服务的每个频带中操作的不同无线电装置。

最初，每一代蜂窝服务通常在每个基站处的单个频带内得到支持。虽然所使用的频带将基于运营商和/或所讨论的基站的地理位置而变化，但通常第一频带将用于支持第一代或“1G”蜂窝服务，第二不同的频带将用于支持第二代或“2G”蜂窝服务，并且第三不同的频带将用于支持第三代或“3G”蜂窝服务。

随着第四代(“4G”)长期演进(“LTE”)服务的推出，采用了跨越多个不同频带实现的不同的分层覆盖方法。具体而言，在4G LTE服务中，通常多个频带中的一个频带被设计为向遍及整个小区的用户提供普遍覆盖的“覆盖层”。附加频带用作“容量层”，其提供可以用于容纳高业务负载的附加容量。通常，小区被划分为扇区，诸如在方位角平面中各自覆盖大约120度的三个扇区，因此多个无线电装置和天线被用于实现每个层。最低频带(例如，在696-960MHz频率范围内的频带)通常用作覆盖层，而其余频带用作容量层。每个容量层可以或可以不提供对整个小区的覆盖。例如，一些容量层可以使用更高度定向的天线图案来为小区的通常经历高业务负载的某些部分提供大量容量。部署5G LTE网络的工作正在进行当中，与4G LTE网络相比，5G LTE网络将具有增强的容量和能力。这些5G LTE网络将使用与4GLTE网络中采用的相同的分层覆盖方法，但是可以使用更宽范围的频带，并且将可能在典型的基站处使用更多数量的频带。但是，从能效角度来看，4G和5G LTE两者都是“哑(dumb)”网络。

当支持4G LTE的小区内的业务负载轻时，在容量层中发送和接收信号的附加无线电装置可能是不必要的，因为不需要它们向小区内的用户提供连接。但是，由于接通和关闭诸如无线电装置、基带装备、功率放大器、低噪声放大器等的基站信号传输装备可能带来各种挑战，因此未使用的或仅轻度使用的信号传输装备可能保持接通并消耗功率。在许多情况下，基站可能难以确定是否可以在不负面地影响小区内的覆盖的情况下关闭无线电装置。此外，关闭在选定的频率下操作的无线电装置可能导致服务失败，因为一些移动用户可能仅能够在单个频带中通信。

在基站处使用的蜂窝无线电装置生成被称为“关键性能指标”的各种数据。这些关键性能指标包括关于业务水平、取决于一天中的时间和一周中的一天的在每个小区内的用户的数量、小区内的用户位置、语音与数据业务的量、在各个移动用户处提供的服务质量以及各种其它信息的数据。该数据目前用于分析无线电覆盖，以便优化和维护网络。无线电装置还监视每个活动链路上的信号质量。如果特定链路上的信号质量不足，则基站可以指示各个用户设备增加发送功率以改善服务质量，和/或可以指示具有高服务质量水平的其它用户设备降低发送功率以便减少干扰。

根据本发明的实施例，为4G LTE和5G LTE网络以及其它高级网络技术提供了能量高效的解决方案。如上所述，当前的4G LTE网络不是针对能量效率而设计的，并且(除了通过资源块分配之外)不会自适应地对网络进行调整以在较低业务需求期间降低功率消耗。根据本发明的实施例提供的能量高效的解决方案分析关键性能指标和其它数据，以选择性地重新配置基站装备，以便在网络内开发“业务感知”能力。这种“业务感知”能力可以在各个基站处使用，从而以确保向由各个基站服务的小区内的用户提供足够覆盖同时降低基站处的功率消耗的方式来自适应地且自动地重新配置基站装备。可以在不影响移动用户的体验的情况下进行这些改变。

在一些实施例中，可以在每个基站的基础上来实现调度算法，以提供更能量高效的操作。例如，调度算法可以基于历史业务负载数据，以根据一天中的时间和/或一周中的一天来改变可用的容量。例如，业务负载在一周中的特定天中的特定时间期间(诸如对应于工作日的早晨和晚上通勤的时间以及午餐时段)可能非常高。在其它时间，诸如在一周的任何一天的晚11:00到早5:00的时段之间，业务负载可能非常轻。调度算法可以考虑这些已知的历史业务模式，并且基于关于每个基站处的一天中的时间和一周中的一天的业务负载的历史数据来减少或增加在该特定基站处操作的资源量。如下面将更详细讨论的，基站处消耗的功率量可能取决于在基站处操作的业务负载和资源量两者。下面将更详细地描述用于减少或增加资源量以降低基站处的功率消耗的不同示例方式。

在其它实施例中，可以使用更动态的手段来设置在基站处操作的资源量以遍及小区提供足够的容量同时降低功率消耗。例如，这些更动态的方案可以连续监视特定基站处的业务负载，并在用户业务负载增加时激活更多资源并在用户业务负载减少时停用资源。在调度算法方法和更动态的解决方案中，基站可以被设计为对可能由例如特殊事件、自然灾害、紧急情况、产生增加的网络业务的新闻发布等引起的业务模式的突然变化作出反应。

可以根据本发明的实施例采用的用于在基站处减少的业务需求期间降低功率消耗的技术包括但不限于：(1)在维持覆盖层的同时，禁用网络的容量层中的一个或多个容量层中的一个或多个载波，(2)在具有MIMO能力的基站处在选定的载波上部分或完全禁用多输入多输出(“MIMO”)能力(这允许一个或多个无线电装置被禁用)，(3)通过降低发送功率来减小一个或多个容量层的覆盖范围(footprint)，以及(4)将一个或多个无线电装置从交叉极化传输重新配置为单极化传输。

现在将参考附图更详细地讨论本发明的示例实施例。

参考图1，图示了基站10。基站10是扇区化基站，其被划分为多个扇区50，其中单独的天线和无线电装置服务于每个扇区。在所描绘的实施例中，基站10被划分为三个扇区50-1、50-2、50-3，其中每个扇区50通过其相关联的无线电装置、天线和其它装备支持与在对向大约120度的方位角的区域内的固定和移动用户设备的通信，使得三个扇区50-1、50-2、50-3一起提供遍及由基站10服务的小区的全360度覆盖。扇区50-1、50-2、50-3在图1中经由一起形成圆盘的三个饼形楔形物示意性地图示。各个饼形楔形物图示了三个扇区50-1、50-2、50-3，并且整个盘示出了三个扇区50一起在方位平面中提供小区100的全360度覆盖。应当注意的是，在本文中，当提供多个相同或相似的元件时，它们可以在附图中使用两部分标号(例如，扇区50-2)标记。这些元件在本文中可以通过它们的完整标号(例如，扇区50-2)单独地引用，并且可以由它们的标号的第一部分(例如，扇区50)统一地引用。

如图1所示，基站10包括安装在塔架40上的总共六个天线20，其中两个天线20用于三个扇区50中的每个扇区。在图1的示例基站中，每个扇区50中的第一天线20-1发送和接收746-787MHz频带中的信号。每个扇区50中的第二天线20-2是多频带天线，其发送和接收在1850-1990MHz频带、2110-2170MHz频带以及2305-2315MHz和2350-2360MHz WCS频带中的所有三个频带中的信号。可以为每个天线20-1提供多端口无线电装置30-1，并且可以为每个天线20-2提供三个多端口无线电装置30-2、30-3、30-4。因此，提供了总共十二个无线电装置30。每个无线电装置30可以具有例如两个发送端口和两个接收端口。这可以允许在每个扇区50内在每个频带中发送和接收两个不同的正交极化的信号。虽然无线电装置30被描绘为位于塔架40底部的外壳中并且经由RF干线电缆42和跨接电缆(图中未示出)连接到天线20，但是应该认识到的是，更常见地，无线电装置30被实现为安装在塔架40的顶部的直接在各个天线20的后面和/或下面的远程无线电头。还应该认识到的是，为了简化附图，图1中未图示各种其它信号发送和其它蜂窝站点装备，诸如塔架安装的放大器、基带装备、供电电源、后备电池、到回程通信链路的连接等。

图2是图示在4G和5G LTE网络中提供的分层覆盖体系架构的示意图。如图2所示，LTE网络中的小区100具有位于其中的基站120，基站120向遍及小区100的覆盖区域110的用户设备提供无线连接。例如，基站120可以被实现为上面参考图1讨论的基站10，因此可以在若干不同的频带中操作。如图2所示，在一种可能的布置中，基站120将在四个不同的频带中操作，即，700MHz频带(例如，746-757MHz和776-787MHz频带的10MHz或20MHz部分)、1900MHzPCS频带(例如，1850-1990MHz频带的10MHz或20MHz部分)、2100MHz AWS频带(例如，2110-2170MHz频带的10MHz或20MHz部分)和2300MHz WCS频带(例如，2305-2315MHz频带或2350-2360MHz频带)

如图2中进一步所示，可以将四个频带中的一个指定为提供遍及小区100的覆盖的覆盖层130。在图2的示例实施例中，覆盖层130由700MHz频带提供。用于700MHz频带的三个扇区天线20-1可以具有一起延伸遍及小区100的整个覆盖区域110并且提供足够的增益以支持与小区100中的任何地方的用户的通信的覆盖图案。作为对照，PCS、AWS和WCS频带充当提供附加容量的容量层140-1、140-2、140-3。容量层140可以或可以不被设计为提供遍及整个小区100的覆盖。

诸如无线电装置30之类的蜂窝无线电装置可能具有内置的、在操作期间消耗大量电力的高功率放大器。基站处的功率消耗可能是运营蜂窝网络的成本的主要组成部分。虽然功率消耗随着业务负载的增加而增加，但即使在低业务负载时段期间功率消耗仍然可能高，因为诸如无线电装置、基带单元、功率放大器、低噪声放大器等装备被打开并提供遍及小区的覆盖。另外，每个无线电装置在操作期间在若干参考信道上发送控制信息，并且由这些控制传输所消耗的功率可能相对独立于业务负载的量。该控制数据的发送可能占无线电装置的峰值功率消耗的大概10-15％。另外，由于蜂窝无线电装置的平均功率消耗通常远低于峰值功率消耗，因此由于支持控制信道所导致的功率消耗的百分比可能非常大。

如以上所讨论的，根据本发明的实施例，各种关键性能指标和/或其它数据可以用于监视小区中的业务的类型和量。在一些实施例中可以动态地跟踪业务负载，而在其它实施例中可以使用更多静态跟踪技术。静态跟踪技术的一个示例是一天中的时间实施例，其中历史业务数据被用于将基站处的预期业务建模为例如一天中的时间和一周中的一天的函数。历史业务数据可以用于确定何时采用根据本发明的实施例的功率消耗降低技术并确定实现功率消耗降低技术的程度。在其它实施例中，可以连续监视关键性能指标和其它数据以动态跟踪小区中的业务负载，并且可以动态地实现和修改功率消耗降低技术以降低功率消耗，同时确保足够的资源可用于满足小区内的业务需求。

可以用作修改基站处的可用容量以便降低功率消耗的算法的输入的关键性能指标和其它类型的数据的示例包括(1)小区内的连接用户的数量，(2)上行链路和下行链路两者上的总吞吐量，(3)小区内的掉话率，(4)小区内没有服务的用户的数量，(5)资源块利用率(即，根据时间使用的FDMA/TDMA时隙的百分比，(6)连接成功率，以及(7)小区内的用户位置。但是，应该认识到的是，可以使用附加的关键性能指标和其它数据，并且不是所有上面列出的示例数据都需要在任何特定算法中使用。

如上所述，可以用于实现功率节省的算法的一个简单示例是根据一天中的时间和/或一周中的一天查看小区的每个扇区的业务历史。所考虑的业务历史数据可以包括例如连接用户的数量、每个连接用户的位置、每个用户的上行链路和下行链路吞吐量以及资源块利用率水平。该数据可以用于在一天中的时间和/或一周中的一天的基础上指定可以使用本文讨论的功率消耗降低技术在每个扇区中实现的容量减少量(如果有的话)。通常，容量的减少将被设定为目标是保持足够的容量被启用使得在连接成功率、上行链路和下行链路吞吐量、掉话率、无服务用户的数量等方面的用户体验不会发生可察觉的变化。另外，由于可以动态地监视关键性能指标，因此如果开始发生用户体验的负面影响，则基站可以退出降低功率消耗模式或者至少启用附加资源以增加可用容量，使得有足够的容量可用于消除对用户体验的负面影响。

图3中图示了这种算法的一个具体示例。在该示例中，使用一天中的时间/一周中的一天算法，并且在三个不同级别指定每个扇区的容量，表示为容量级别1-4。这里假设每个扇区具有上面参考图2讨论的四个层130、140-1、140-2、140-3。容量级别4可以对应于所有三个级别都以全容量操作。与基站的常规操作相比，容量级别4处的操作不会导致功率消耗的任何降低。容量级别3对应于禁用容量层140-3中的载波(如以下所讨论的，禁用载波是根据本发明的实施例的示例功率消耗降低技术之一)。容量级别2对应于禁用容量层140-2和140-3两者中的载波。容量级别1对应于禁用所有三个容量层140中的载波。

每个扇区(在图3中标记为扇区1-3)可以被预编程为在每天二十四个一小时增量中的每个一小时增量中以容量级别中选定的一个容量级别操作。在这个简单的示例中，相同的调度用于一周七天，但更典型的是，一个调度将用于每个工作日，并且不同的调度将用于周末或周末和假日。可以基于对历史业务负载的分析来选择在任何给定的一小时时隙中用于任何扇区的容量级别，以确保始终有足够的容量可用于满足预期的性能参数。因此，例如，如果对历史业务数据的回顾揭示在过去一个月中，在扇区2的早2:00至早3:00时隙，覆盖层130足以满足超过99％的时间内的业务负载，那么算法可以为扇区2的早2:00至早3:00时隙指定容量级别1。这会允许显著降低功率消耗，而对用户体验基本上没有可察觉的影响。可以使用类似的分析来为每个扇区设置剩余时隙的容量级别。应该认识到的是，可以使用不同的时间增量。

在已经以例如上述方式或任何其它适当方式设置用于降低功率消耗的计划之后，基站可以在功率消耗降低模式下根据计划开始操作。然后，基站可以监视以查看实际上是否实际满足指定的性能参数。如果不是，则基站可以针对性能没有满足预期的时间段/扇区组合自适应地切换到更高的容量级别。例如，如果在一个月时段内，用户性能目标在图3的表中的特定扇区的特定时隙内至少三次没有被满足，或者如果这样的性能预期在一周内至少两次没有被满足，那么可以自动增加该时隙的容量级别。

如上所述，可以使用各种不同的技术来降低在减少的业务负载的时间期间蜂窝基站处的功率消耗。图4A-4C示意性地图示了根据本发明的实施例的三种示例功率降低技术。

在一个示例实施例中，可以通过在小区内减少的业务负载的时间期间禁用LTE网络的容量层中的一个或多个载波来实现功率消耗的降低。这里，载波可以例如对应于无线电装置。如以上所讨论的，LTE服务的层之一(通常是700MHz频带)被用作覆盖层130，其在整个小区100中提供普遍覆盖。该覆盖层130可以由在相应的三个扇区50中在700MHz频带中进行发送的三个无线电装置30-1提供。剩余的频带提供附加的容量(即，用作容量层)。当小区100内的业务负载低时，可以通过例如关闭实现这些容量层140的无线电装置30或使无线电装置30进入低功率待机模式来部分或完全禁用一个或多个扇区50中的容量层140中的一个或多个。例如，在图2的实施例中，在业务负载低的时间段期间可以禁用容量层140之一。无线电装置30可以在所有三个扇区50中关闭或仅在选定的扇区50中关闭，这取决于每个相应扇区50中的业务负载和/或用户的位置。当无线电装置30被禁用时，控制传输同样被禁用，这可以导致显著的功率节省。通过使禁用的无线电装置30进入低功率模式或完全关闭它们，可以实现附加的节省。通过使用业务分析来在单元100中的业务负载轻的时间期间智能地将用户分配给层130、140-1、140-2、140-3中的更少的层，通常可以实现这些功率节省，而对用户体验有非常少或甚至没有可察觉的影响。

应当注意的是，基站通常被配置为具有足够的资源来满足具有可接受的服务质量的峰值业务负载。通常，基站将仅在小百分比的时间(诸如10％或更少的时间)内操作在峰值业务负载处或附近，并且可能在一天中的大部分期间以非常低的业务水平操作。因此，根据本发明的实施例的功率消耗降低技术可以在每天的大部分期间在典型蜂窝基站处采用。在一些时间段期间，可以仅采用功率消耗降低技术的有限使用，因为基站可能经历中等业务负载，并且可能需要立即具有一些资源可用来满足业务负载的突然尖峰。在这样的时间期间，可能仅禁用示例扇区50中的四个载波中的一个。但是，在其它时间，诸如在半夜期间，例如，可以禁用与所有容量层140相关联的装备。这可以导致功率消耗的显著降低，因此可以显著降低操作基站的成本。

在图4A中示意性地图示了禁用容量层中的载波的技术。在图4A的示例中，基站110具有覆盖层130和三个容量层140-1、140-2、140-3，并且被划分为三个扇区50-1、50-2、50-3。如图4A所示，在小区100的特定扇区50(这里为扇区50-1)内的业务负载适中的时段期间，容量层140中的一个(这里为容量层140-3)可以在该扇区50-1中被禁用以便降低功率消耗。应该认识到的是，基于对小区100及其扇区50的当前或历史业务负载的分析，可以适当地禁用实现任何扇区50中的任何容量层140的无线电装置30。

应该认识到的是，在实现图4A的功率消耗降低技术之前，可能需要将正在要被禁用的容量层(例如，容量层140-3)中操作的任何用户设备切换到覆盖层130或者不同的容量层140-1、140-2。

当使用诸如一天中的时间/一周中的一天的业务感知模型的静态业务感知技术时，基于静态模型禁用和重新启用载波。因此，例如，虽然可以在基站120处在夜间禁用实现容量层140的大多数或所有载波，但是在早晨，可以在预期增加的业务水平的情况下重新启用这些载波。还应该认识到的是，如果发生突然的、非预期的业务激增，如响应于自然灾害、突发新闻等可能发生的，使得业务超过小区100的预期业务，那么可以自动启用附加载波，直到业务恢复到正常水平达到一段时间。在一些实施例中，当发生这种非预期的业务增加时，基站120可以简单地退出降低功率消耗模式。在其它实施例中，基站120可以响应于非预期的业务增加而使一个或多个附加载波上线，但是可以保持在降低功率消耗模式，尽管基站120被配置为支持更高的容量水平。通常，无线电装置30可以快速退出功率节省模式，因此可以快速恢复使用。因此，即使在小区100内发生突然的、非预期的业务激增，也最多可能导致非常短暂的用户被拒绝服务的时段。

根据本发明的实施例的用于降低功率消耗的第二方法是在较低业务需求的时间期间减少或禁用一个或多个层中的MIMO能力。如本领域技术人员已知的，MIMO是指其中信号由多个无线电装置通过通常彼此被水平间隔开的多个不同天线阵列(或子阵列)发送的技术。MIMO传输技术的使用可以解决多径衰落、发射信号从建筑物等的反射以及其它传输效应以提供增强的传输质量。但是，MIMO也需要使用多个无线电装置，因此通常导致功率消耗增加。

当今典型的具有MIMO能力的基站包括两个、四个或甚至八个水平间隔开的线性阵列天线(其可以被实现为一个或多个单独的天线)。在扇区中的业务负载低的时段期间，可以减少或消除采用MIMO传输技术的程度。例如，如果基站使用八个单独的无线电装置来实现MIMO传输，则所使用的无线电装置的数量可以减少到四个、两个或甚至一个，从而导致功率消耗降低，因为未使用的无线电装置可以被设置为功率节省模式或被完全关闭。另外，在一些情况下，分配给仍在使用中的无线电装置上的每个用户的带宽的量可以增加相应的量。例如，在双无线电装置MIMO模式下的传输期间接收20kHz带宽的用户可以在为了降低功率消耗而关闭第二无线电装置时接收40kHz的带宽。附加带宽可能是可用的，因为所讨论的扇区中的业务负载轻。在该示例中，带宽的增加可以帮助抵消由于从MIMO切换到SISO传输而可能发生的蜂窝信号质量的降低。在其它实施例中，可以增加剩余无线电装置上的发送功率水平(而不是改变带宽)来提供相同的效果。

图4B示意性地图示了通过降低在基站处使用MIMO传输的程度来降低功率消耗的方法。如图4B的左侧所示，在正常操作期间，第一无线电装置30-1通过第一天线20-1发送信号以在小区的扇区中实现覆盖层130。还可以提供无线电装置30-2、30-3、30-4，其通过第二天线20-2进行发送，以在该扇区中实现三个相应的容量层140-1、140-2、140-3。此外，提供了通过第三天线20-2'进行发送的第四无线电装置30-4'。第四无线电装置30-4'和第三无线电装置30-4可以在相同的频带中发送，并且可以被配置为使用MIMO传输技术发送信号。因此，第三容量层140-3形成在使用MIMO传输技术示出的扇区中。

如图4B的右侧所示，在扇区中的业务负载减小的时间段期间，可以关闭(或设置为低功率待机模式)两个无线电装置30-4、30-4'中的一个(这里是无线电装置30-4)。因此，仅使用无线电装置30-4'来形成第三容量层140-3。通过关闭无线电装置30-4，可以降低基站处的功率消耗。

参考图4C，在还有的其它实施例中，可以通过以降低的发送功率水平设置实现容量层140的一个或多个无线电装置中的功率放大器来减少基站120处的功率消耗(并且可以对放大接收信号的低噪声放大器进行类似的功率降低)。这种功率降低的效果是减少由容量层140服务的覆盖区域110的量。如以上所讨论的，容量层140不需要向整个小区100提供覆盖，因为覆盖层130可以用于支持遍及小区100的任何地方的通信。如图4C所示，当对于其中一个电容层140-3降低发送功率时，由该容量层覆盖的小区的部分减小到例如图4C中所示的区域140-3'，因为降低的发送功率可能不足以支持位于小区100的边缘附近的用户设备的期望的服务质量水平。在减小的峰值发送功率水平下操作的容量层140-3的减小的覆盖区域140-3'之外的用户设备可以由覆盖层130或具有覆盖这些用户设备的覆盖图案的另一个容量层140-1、140-2来支持。容量层130的发送功率的减小可以导致功率消耗的显著减小。虽然在图4C的示例中，在所有三个扇区中减小了实现容量层140-3的无线电装置的发送功率，但是应该认识到的是，仅扇区的子集可以被重新配置为以降低的发送功率水平操作。

图4C中所示的功率消耗降低技术可能是特别有利的，因为它甚至可以在小区中的业务负载适中或甚至高的时段期间被经常应用。具体而言，只要可以使用覆盖层130来服务小区外边部分中的用户设备(在覆盖层130中具有足够的附加容量来支持来自位于小区的边缘附近的用户的突然的业务增加)，那么就可以减小所有容量层140上的发送功率。注意的是，与上面参考图4A描述的实施例一样，在实现参考图4C示意性图示的功率消耗降低方法之前，可能需要将用户从一个层切换到另一个层。

用于降低功率消耗的一种附加技术是在具有以两个正交极化发送和接收信号的能力的无线电装置的仅一个极化上发送和接收信号。大多数基站无线电装置被配置为支持双极化通信，其中第二极化可以用作第二独立信道或者用以抵消诸如多径衰落的信道效应。当第二极化用作单独的信道时，可以简单地在实现容量层的一个或多个无线电装置上禁用用于第二极化的端口。该方法可以产生类似于上面参考图4A讨论的第一种方法的功率消耗节省。

应该认识到的是，取决于系统的设计和小区内移动用户的位置，本文公开的功率消耗降低技术可以应用于基站的所有扇区或仅应用于选定的扇区。

图5是图示根据本发明的某些实施例的操作蜂窝基站的方法的流程图。如图5所示，根据该方法，操作可以从收集关于蜂窝基站处的业务负载的数据开始(框300)。蜂窝基站支持至少两个不同的发送/接收频带(诸如例如700MHz频带、1900MHz PCS频带和2100AWS频带)中的服务。然后可以分析收集到的数据(框310)。该分析可以包括，例如，用于建立用于在蜂窝基站处重新配置信号传输装备的调度的对历史业务负载数据的分析，或者可以包括用于动态地重新配置蜂窝基站的动态分析。然后，可以将至少一个移动用户从在发送/接收频带中的第一发送/接收频带中通信切换到在发送/接收频带中的第二发送/接收频带中通信(框320)。在一个或多个这样的移动用户已经被切换到发送/接收频带中的第二发送/接收频带之后，蜂窝基站处的信号传输装备被重新配置以减少蜂窝基站处的功率消耗(框330)。该重新配置可以基于对收集到的关于蜂窝基站处的业务负载的数据的先前或当前分析。

应该认识到的是，根据本发明的实施例的方法可以被部分或全部自动化。例如，再次参考图5，在一些实施例中，在框300中收集的数据可以通过例如基站处的无线电装置自动收集。参考框310描述的对收集到的数据的分析也可以由例如可以位于基站或其它地方的计算机或其它处理设备自动执行。也可以自动执行参考图5的框320描述的一个或多个移动用户从第一发送/接收频带中通信到第二发送/接收频带中通信的切换。此外，可以自动发生通过例如禁用无线电装置、禁用MIMO操作、禁用交叉极化操作和/或通过降低某些无线电装置的峰值功率来重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以降低功率消耗。

在一些实施例中，图5的框310至330处描述的操作中的一个或多个操作可以由运行用于执行本文描述的操作的计算机程序代码的处理器执行。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器以产生一种机器，使得经由计算机的处理器或其它可编程数据处理装置执行的指令实现流程图框中指定的功能/动作。计算机程序代码可以存储在任何有形计算机可用存储介质中，包括例如硬盘、CD-ROM、光存储设备或磁存储设备。计算机程序代码可以例如用诸如Smalltalk或C++之类的面向对象的编程语言、用诸如“C”编程语言之类的常规过程式编程语言或者用任何其它合适的计算机编程语言来编写。程序代码可以完全在单个计算机/处理器上执行，或者可以在多个互连的计算机/处理器上执行。

上面已经参考附图描述了本发明。本发明不限于所示实施例；相反，这些实施例旨在向本领域技术人员完全和完整地公开本发明。在附图中，相同的标号通篇指代相同的元件。一些元件的厚度和维度可能未按比例绘制。

为了便于描述，在本文可能使用了空间相对术语，诸如“在…下方”，“在…下面”、“下部”、“在…上方”、“上部”、“顶部”、“底部”等,以描述如图所示的一个元件或特征与另(一个或多个)元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中所绘出的朝向之外，空间相对术语旨在包括设备在使用或操作中的不同朝向。例如，如果图中的设备被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下方”或“底下”的元件将被定向在其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在...下方”可以包括“在...上方”和“在...下方”的朝向。设备可以以其它方式定向(旋转90度或以其它朝向)，并且相应地解释本文使用的空间相对描述符。

为了简洁和/或清楚起见，可能未详细描述众所周知的功能或构造。如本文所使用的，表达“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个项目中的任何一个和所有组合。

应该理解的是，虽然本文可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于在元件之间进行区分。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不脱离本发明的范围。

参考图5的流程图描述了本发明的实施例。应该认识到的是，流程图中所示的操作不一定按所示的顺序执行，并且在一些情况下，可以同时执行两个或更多个操作。

Claims (19)

1.一种操作蜂窝基站的方法，所述方法包括：

收集关于蜂窝基站处的业务负载的数据，其中蜂窝基站支持至少第一发送/接收频带和与第一发送/接收频带不同的第二发送/接收频带中的服务；

分析收集到的数据；以及

基于对收集到的数据的分析，自动重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以降低蜂窝基站处的功率消耗。

2.如权利要求1所述的方法，其中第一发送/接收频带包括蜂窝基站的第一容量层，并且第二发送/接收频带包括蜂窝基站的覆盖层。

3.如权利要求1或2所述的方法，所述方法还包括：响应于对收集到的数据的分析，在基于对收集到的数据的分析重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以降低蜂窝基站处的功率消耗之前，将至少一个移动用户从在第一发送/接收频带中通信切换到在第二发送/接收频带中通信。

4.如权利要求3所述的方法，其中重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以降低基站处的功率消耗包括禁用第一无线电装置。

5.如权利要求4所述的方法，其中禁用第一无线电装置包括关闭第一无线电装置或将第一无线电装置设置为低功率待机操作模式。

6.如权利要求1或2所述的方法，其中基于对收集到的数据的分析重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以降低蜂窝基站处的功率消耗包括：基于对收集到的数据的分析重新配置蜂窝基站以将更少的无线电装置用于向至少一个用户的多输入多输出(“MIMO”)传输，或者从向所述至少一个用户的MIMO传输切换到单输入单输出(“SISO”)传输，以便减少蜂窝基站处的功率消耗。

7.如权利要求6所述的方法，还包括：当将所述至少一个用户切换到SISO传输时，增加分配给所述至少一个用户的带宽量。

8.如权利要求2所述的方法，其中基于对收集到的数据的分析重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以降低蜂窝基站处的功率消耗包括：降低第一无线电装置的峰值发送功率，使得第一容量层的第一扇区的第一覆盖区域减小到第一扇区的小于第一覆盖区域的第二覆盖区域，以便降低蜂窝基站处的功率消耗。

9.如权利要求8所述的方法，还包括：响应于对收集到的数据的分析，在重新配置信号传输装备之前，将位于第一扇区的在第一覆盖区域内但不在第二覆盖区域内的一部分中的至少一个移动用户从在第一发送/接收频带中通信切换到在第二发送/接收频带中通信。

10.如权利要求1或2所述的方法，其中第一无线电装置包括第一发送端口以及第二发送端口，第一发送端口连接到天线的第一辐射元件，第一辐射元件被配置为发送和接收具有第一极化的信号，第二发送端口连接到天线的第二辐射元件，第二辐射元件被配置为发送和接收具有与第一极化正交的第二极化的信号，并且其中基于对收集到的数据的分析重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以降低蜂窝基站处的功率消耗包括在继续通过第一发送端口发送信号的同时禁用第二发送端口。

11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中分析收集到的数据包括开发静态算法，该静态算法用于基于对收集到的数据的分析来重新配置蜂窝基站处的信号传输装备，以降低蜂窝基站处的功率消耗。

12.如权利要求10所述的方法，其中所述静态算法基于一天中的时间和/或一周中的一天来重新配置蜂窝基站处的信号传输装备。

13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，还包括：

在重新配置蜂窝基站处的信号传输装备之后，确定没有足够的信号传输装备可用于满足业务负载；以及

启用蜂窝基站处的附加信号传输装备。

14.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中基于对收集到的数据的分析重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以降低蜂窝基站处的功率消耗包括：响应于业务负载的变化而动态地重新配置蜂窝基站处的信号传输装备。

15.如权利要求1-14中任一项所述的方法，其中收集到的数据包括小区内的连接用户的数量、总吞吐量、掉话率、没有服务的用户的数量、连接成功率，以及由蜂窝基站服务的小区内的用户位置中的至少一者。

16.如权利要求1-15中任一项所述的方法，基于对收集到的数据的分析重新配置蜂窝基站处的信号传输装备以降低蜂窝基站处的功率消耗包括：基于对收集到的数据的分析重新配置用于蜂窝基站的第一扇区的信号传输装备以减少功率消耗而不重新配置用于蜂窝基站的第二扇区的信号传输装备。

17.一种操作蜂窝基站的方法，所述方法包括：

收集关于蜂窝基站处的业务负载的数据，其中蜂窝基站支持至少不同的两个发送/接收频带中的服务；

分析收集到的数据；

响应于确定蜂窝基站的第一容量层的至少一个扇区对于支持蜂窝基站处的业务负载而言不是必要的，自动将用户从在包括第一容量层的第一发送/接收频带中通信切换到包括蜂窝基站的覆盖层的第二发送/接收频带；以及

基于对收集到的数据的分析，自动重新配置蜂窝基站处的连接到用于第一容量层的第一扇区的天线的无线电装置，以减少蜂窝基站处的功率消耗。

18.如权利要求17所述的方法，其中重新配置无线电装置包括关闭无线电装置或将无线电装置设置为低功率待机操作模式。

19.如权利要求17所述的方法，其中重新配置无线电装置包括降低无线电装置的峰值发送功率，使得减小第一容量层的第一扇区的覆盖区域。