TWI613926B - 小型基地台及其應用的省電方法 - Google Patents

Abstract

一種用於小型基地台的省電方法，一實施例包括下列步驟。根據小型基地台的負載資訊，決定是否進入休眠模式。在休眠模式中週期性廣播參考信號。接收交遞請求或連線請求而離開休眠模式。

Description

小型基地台及其應用的省電方法

本發明係有關於省電方法，且特別是有關於應用於小型基地台的省電方法。

隨著全球暖化的日益嚴重，世界各國愈來愈重視二氧化碳排放的議題。此外，隨著石油的供給匱乏的可能性與核能使用的安全性疑慮日益增加，如何有效地管理能源的消耗也是愈來愈受到世界各國的重視。根據統計，每年有2%的二氧化碳排放和10%的能源消耗來自資訊通訊科技產業，而隨著行動網路與行動運算愈來愈普及，此數據正呈現著每四年倍數成長的趨勢。其中在行動網路中，網路設備所佔的能源消耗比例約為70~90%。另外，在電信商的營運成本中，電費支出中約有57%是基地台(Base Station)的電費。因此，如何有效節省基地台用電，乃目前業界所致力的課題之一。

本發明是有關於小型基地台及其應用的省電方法。

根據本發明之一實施例，提出一種用於小型基地台 的省電方法，包括下列步驟。根據小型基地台的負載資訊，決定是否進入休眠模式。在休眠模式中週期性廣播參考信號。接收交遞請求或連線請求而離開休眠模式。

根據本發明之另一實施例，提出一種小型基地台，包括處理器以及通訊電路。通訊電路經配置以在休眠模式中週期性廣播參考信號，並且經配置以接收交遞請求及連線請求。處理器經配置以根據小型基地台的負載資訊，決定是否進入休眠模式，並且經配置以根據交遞請求或連線請求決定離開休眠模式。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉多個實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

2‧‧‧小型基地台

200‧‧‧處理器

210‧‧‧通訊電路

401~409‧‧‧步驟

B01、B02、B30‧‧‧大型基地台

B03、B04、B05、B20‧‧‧小型基地台

M01、M02、M03、M10‧‧‧用戶設備

S100‧‧‧根據小型基地台的負載資訊，決定是否進入休眠模式

S102‧‧‧在休眠模式中週期性廣播參考信號

S104‧‧‧接收交遞請求或連線請求離開休眠模式

S302‧‧‧取得服務的UE數量

S304‧‧‧服務的UE數量等於0？

S306‧‧‧在第一時間週期T1廣播參考信號

S308‧‧‧是否收到交遞請求或連線請求？

S310‧‧‧在第二時間週期T2禁能無線信號傳輸

T1‧‧‧第一時間週期

T2‧‧‧第二時間週期

第1圖繪示依照本發明一實施例的通訊系統架構示意圖。

第2圖繪示依照本發明一實施例省電方法的流程圖。

第3圖繪示依照本發明一實施例小型基地台的示意圖。

第4圖繪示依照本發明一實施例的操作時序示意圖。

第5圖繪示依照本發明一實施例省電方法的流程圖。

第6圖繪示依照本發明一實施例的通訊系統操作循序圖。

在通訊系統中，依照基地台的覆蓋範圍(Coverage)，可以區分為大型基地台(Macro Cell)以及小型基地台(Small Cell)。 大型基地台用以提供用戶設備(User Equipment,UE)基本的通訊服務，而小型基地台常見於提供熱點服務，以改善於通訊系統中的信號覆蓋範圍，大型基地台以及小型基地台皆可透過回程(Backhaul)網路，連接回核心網路(Core Network)，例如將基地台與行動終端裝置之間所進行發生的行動訊號流量匯集傳輸至電信核心網路。以長期演進技術(Long Term Evolution,LTE)為例，大型基地台可以是演進節點B(eNB)，小型基地台可以是家用演進節點B(HeNB)，例如為毫微微蜂巢式基地台(Femtocell)，核心網路可以是演進數據封包核心網(Evolved Packet Core,EPC)。

第1圖繪示依照本發明一實施例的通訊系統架構示意圖。通訊系統中包括大型基地台B01及B02、小型基地台B03、B04及B05、以及用戶設備M01、M02及M03，基地台B01~B05可以通過S1介面連接核心網路，而基地台B01~B05之間可通過X2介面互相溝通，圖中以虛線圓圈表示各個大型基地台的覆蓋範圍，以實線圓圈表示各個小型基地台的覆蓋範圍。當系統中的用戶設備數量多的時候，需同時使用大型基地台以及小型基地台以提供所有用戶足夠的服務品質；而當用戶設備數量減少到一定程度時，僅需大型基地台即可提供所有用戶足夠的服務品質，此時維持正常運作的小型基地台即會造成額外的能源浪費。

在第三代合作夥伴計劃(3rd Generation Partnership Project,3GPP)標準中提出一種省電機制，其步驟為大型基地台使用X2介面將其目前的資源狀態指標傳送到小型基地台，若小型 基地台得知大型基地台的負載很輕微，表示此時大型基地台可以再服務更多的用戶設備，則小型基地台可將自身目前服務的用戶設備交遞(Handover)到大型基地台，接著小型基地台使用X2介面的組態更新訊息，通知大型基地台自身即將進入休眠模式(Dormant Mode)，以節省能源消耗。而當大型基地台負載情況變重時，表示需要其他基地台協助分擔提供服務，則使用X2介面的啟動基地台請求，將休眠中的小型基地台喚醒。

然而，在上述的省電機制中，存在一些可能的問題。例如，由於大型基地台不曉得小型基地台的位置，所以會造成當小型基地台醒來的時候，有可能醒來的小型基地台其覆蓋範圍並沒有用戶設備存在，但是此時的大型基地台負載情況又很重，所以此小型基地台也無法再回到休眠模式，只能繼續維持正常運作，造成不必要的能源消耗，下文中將此現象稱為小型基地台用戶偵測問題。此外，上述的省電機制需透過X2介面實現，然而基地台之間的X2介面並非必要存在，例如不同製造商的基地台之間可能沒有X2介面，因此有需要提出一種即使沒有X2介面亦能夠實現的省電方法。

另外，在如上所述的3GPP省電機制中，當小型基地台發現沒有任何用戶需要服務時，它會問大型基地台的負載。若大型基地台的負載過重，則小型基地台無法休眠。然而，在此情況小型基地台是否休眠並不會影響大型基地台的負載，上述的3GPP省電機制不允許這個小型基地台休眠，使得小型基地台徒 然耗電，於事無補。

第2圖繪示依照本發明一實施例省電方法的流程圖。用於小型基地台的省電方法包括下列步驟。步驟S100，根據小型基地台的負載資訊，決定是否進入休眠模式。步驟S102，在休眠模式中週期性廣播參考信號。步驟S104，接收交遞請求或連線請求而離開休眠模式。交遞請求例如是來自其他基地台或核心網路，而連線請求例如是來自用戶設備。

第3圖繪示依照本發明一實施例小型基地台的示意圖，以配合說明第2圖當中的步驟。小型基地台2包括處理器200以及通訊電路210。通訊電路210經配置以在休眠模式中週期性廣播參考信號(步驟S102)，並且經配置以接收交遞請求及連線請求(步驟S104)。處理器200經配置以根據小型基地台2的負載資訊，決定是否進入休眠模式(步驟S100)，並且經配置以根據交遞請求或連線請求決定離開休眠模式(步驟S104)。處理器200例如是微處理器或微控制器，可用以執行判斷邏輯以及運算處理，而通訊電路210例如可包括有線介面通訊電路以及無線介面通訊電路，可用以與用戶設備、其他基地台、及核心網路進行連接溝通。以下詳細對各步驟進行說明。

步驟S100，小型基地台2可評估自己目前的負載情形，當目前負載較低時或是接近沒有負載時，表示小型基地台2可能可以進入休眠而不致影響用戶的服務，因此小型基地台2可以在低負載時決定進入休眠模式。在一實施例中，負載資訊可根 據小型基地台2所服務的用戶設備數量而決定，目前連接到小型基地台2的用戶設備越多，即代表小型基地台2的負載越重。此外，小型基地台2亦可以依據目前在空中介面的資料傳輸頻寬以評估其負載，負載資訊並不限定於根據目前服務的用戶設備數量決定。

在一實施例中，處理器200決定進入休眠模式的條件可以是，當小型基地台2所服務的用戶設備數量為零。因為當沒有需要服務的用戶設備時，可以確保小型基地台2進入休眠不會影響到任何用戶設備，能夠維持系統中所有用戶設備的通訊服務。在另一實施例中，亦可以設定一個服務用戶設備數量下限值Th1，當處理器200評估目前所服務的用戶設備數量小於此下限值Th1時，即決定進入休眠模式。類似地，若是根據資料傳輸頻寬決定負載，亦可以對於傳輸頻寬設定一個下限值，以決定何時進入休眠模式。

步驟S102，在休眠模式中，小型基地台2週期性地「醒來」以廣播參考信號，而在沒有廣播參考信號的時間內，小型基地台2則是保持最低能源使用狀態，相當於停止運作以節省能源消耗。廣播參考信號的作用為，使得用戶設備即使在小型基地台2休眠期間，依然能夠偵測到小型基地台2的存在。舉例而言，在LTE系統中，通訊電路210所廣播的參考信號可以是小型基地台讓用戶設備偵測的基地台參考信號(Cell Reference Signal,CRS)。當然，在不同的通訊系統架構中，參考信號可具有不同的 信號組態，本發明所提出的省電方法不限定於使用於LTE系統中。

在一實施例中，休眠模式包括週期性的第一時間週期T1及第二時間週期T2，小型基地台2在第一時間週期T1廣播參考信號，小型基地台2在第二時間週期T2禁能(Disable)無線信號傳輸。第一時間週期T1相當於代表小型基地台2短暫醒來的時期，以讓用戶設備可以偵測到其存在，而第二時間週期T2即相當於小型基地台2的休息期間，在第二時間週期T2停止所有的無線信號傳輸，既不傳送信號亦無法接收來自其他裝置的無線信號，以降低能源消耗。

舉例而言，第二時間週期T2的長度可以大於第一時間週期T1的長度，如此即可以使得小型基地台2在休眠模式時大幅降低使用功率。第4圖繪示依照本發明一實施例的操作時序示意圖，如第4圖所示的脈衝波形示意圖，第一時間週期T1為小型基地台2廣播參考信號的短暫時間，其餘時間皆為停止操作的休息狀態。因為小型基地台2僅在第一時間週期T1有功率 消耗，節省功率因子(Power Saving Factor)的計算方式可以為

。 第二時間週期T2相對於第一時間週期T1的比例越大，即可達到越高的節省功率因子。在一實施例中，第二時間週期T2時間長度至少是第一時間週期T1時間長度的10倍以上。

而由於發送參考信號是為了讓用戶設備能夠偵測到小型基地台2的存在，因此在一實施例中，第一時間週期T1的 長度至少可為一量測間隙重複週期(Measurement Gap Repetition Period)。以LTE系統為例，量測間隙重複週期例如是40ms或80ms，第一時間週期T1的長度可以設定為大於等於40ms或80ms。此外，第一時間週期T1的長度也可以拉長，以使得新用戶設備可以建立連線。而第二時間週期T2相當於容許小型基地台2休息的時間長度，例如系統中用戶設備能夠接受多長的時間找不到服務的小型基地台。在一實施例中，第二時間週期T2的長度至少為5秒，以達到較佳的省電效果，並且亦可以使得用戶設備尋找服務的等待時間控制在合理範圍內。若以第一時間週期T1=0.5s、 第二時間週期T2=5s為例，

。

關於步驟S104的說明如下。當大型基地台(在此實施例中以如第1圖所示的「大型基地台B01」為例)的負載情形變重，大型基地台B01可通知其服務的用戶設備(在此實施例中以如第1圖所示的「用戶設備M01」為例)尋找其他提供服務的基地台。大型基地台B01不一定會要求其服務的所有用戶設備都做信號量測，可以根據一些標準(criteria)以決定哪些用戶設備需要做信號量測，這些標準例如可包括：用戶設備消耗的無線資源多寡、用戶設備所量測到大型基地台的信號強弱(舉例而言，用戶設備雖然是連接到大型基地台，但可能量到大型基地台的信號很弱)。

而當小型基地台(在此實施例中以如第1圖所示的「小型基地台B03」為例，小型基地台B03的架構例如第3圖所示)處於休眠模式中，如有用戶設備M01需要尋求服務時，即會 掃描週遭的小型基地台，此掃描程序為通訊系統中既有的正常程序，例如符合3GPP所訂定的標準掃描程序。當用戶設備M01偵測到小型基地台所發出的參考信號(例如是小型基地台B03在第一時間週期T1所廣播的參考信號)強度足夠強，若用戶設備M01此時正進行新連線建立，則用戶設備M01會向小型基地台B03發出連線請求(Connection Request)，小型基地台B03的通訊電路210可經配置以接收連線請求，處理器200可經配置以在判斷接收到連線請求時，決定使得小型基地台B03離開休眠模式。

而在另一種情境中，當用戶設備M01偵測到小型基地台B03所發出的參考信號強度足夠強，若用戶設備M01此時已連上大型基地台B01，則用戶設備M01會將此資訊回報給大型基地台B01(通知大型基地台B01目前小型基地台B03可提供服務)，則大型基地台B01可以傳送交遞請求(Handover Request)至小型基地台B03，以將用戶設備M01交遞至小型基地台B03。小型基地台B03的通訊電路210可經配置以接收交遞請求，處理器200可經配置以在判斷接收到交遞請求時，決定使得小型基地台B03離開休眠模式。在以上所述關於連線建立與執行交遞的兩種情境，均屬於LTE標準的Random Access和Handover程序。

詳細而言，大型基地台B01所服務的多個用戶設備掃描週遭的小型基地台後，可回報量測結果至大型基地台B01。而大型基地台B01根據量測結果決定哪些用戶設備可交遞至其他基地台時，可以根據以下標準決定：量測基地台的信號強度、消 耗的無線資源多寡、被多個用戶設備量測到的基地台。舉例而言，假設有一個基地台被多個用戶設備測量到信號，則大型基地台B01可以將這些用戶設備都交遞給此基地台，即可以有效降低大型基地台B01的負載。

值得注意的是，在上述的流程中，大型基地台B01以及用戶設備M01的操作皆與現行標準完全相同。亦即，小型基地台B03藉由接收交遞請求或連線請求來判斷離開休眠模式，使得從大型基地台B01以及用戶設備M01的角度來看，上述喚醒小型基地台B03的過程，相當於一般符合現行標準的交遞用戶設備或建立連線過程。大型基地台B01以及用戶設備M01並不知道小型基地台B03正處於休眠模式中，而是由用戶設備M01根據偵測到的參考信號而得知能夠建立連線，或是得知能夠交遞的目標基地台，通報大型基地台B01之後進行交遞。因此，使用本發明所提出的省電方法，不需要更改現有標準，亦無需更改大型基地台及用戶設備的設計，僅需簡單改變小型基地台，當它進入休眠時，加入第二時間週期T2的休眠時間即可(亦即第2圖之步驟S102)，可以使用現行的連線或交遞操作即能夠實現小型基地台的省電方法。

此外，由於用戶設備M01是藉由偵測參考信號而找到附近的小型基地台B03，因此可以確定被喚醒的小型基地台B03能夠提供用戶設備M01服務，避免喚醒後的小型基地台無法提供服務而耗費能源的情況，有效解決小型基地台用戶偵測問 題。

交遞請求可包括S1交遞請求以及X2交遞請求，亦即，小型基地台B03接收的交遞請求，可以是由小型基地台B03的S1介面接收，或者可以是由小型基地台B03的X2介面接收。請參考第1圖，以大型基地台B01傳送交遞請求至小型基地台B03為例，大型基地台B01可以是經由S1介面先傳送至核心網路再經由S1介面傳送到小型基地台B03，或者大型基地台B01可以經由X2介面直接傳送到小型基地台B03。通訊電路210可以包括S1介面以及X2介面的資料傳輸介面電路。而由於在一實施例中，交遞請求可以通過S1介面傳送，因此本發明所提出的省電方法，可以應用於X2介面不存在的通訊系統中。

第5圖繪示依照本發明一實施例省電方法的流程圖，在此實施例中是根據服務的用戶設備(UE)數量決定小型基地台的負載，此實施例的省電方法包括下例步驟。步驟S302取得服務的UE數量，此時為正常運作模式，步驟S302例如可以週期性執行。接著步驟S304判斷服務的UE數量是否為0，若否，則回到步驟S302定期取得負載資訊；若是，則進入休眠模式(步驟S306~S310)。在休眠模式中，步驟S306在第一時間週期T1廣播參考信號，接著步驟S308判斷是否收到交遞請求或連線請求，若是，則離開休眠模式，回到步驟S302；若否，則執行步驟S310，在第二時間週期T2禁能無線信號傳輸，以降低小型基地台功率消耗。於休眠模式中，僅在步驟S306時有較為顯著的消耗功率， 但由於第一時間週期T1相較於第二時間週期T2短得許多，因此可以有良好的節能效果。

第6圖繪示依照本發明一實施例的通訊系統操作循序圖，說明小型基地台收到交遞請求及相關的處理流程。此例中的通訊系統包括用戶設備M10、小型基地台B20、及大型基地台B30。首先，於步驟401時小型基地台B20維持在休眠模式，週期性廣播參考信號。接著，於步驟402大型基地台B30的負載增加，此時大型基地台B30需要把其服務的用戶設備交遞至其他基地台，因此執行步驟403，利用現有標準訂定的量測程序，將量測配置(configuration)傳送至用戶設備M10，讓用戶設備M10回報鄰近信號狀況。

步驟404表示小型基地台B20仍持續廣播參考信號，因此傳送參考信號到用戶設備M10。於步驟405用戶設備M10偵測到小型基地台B20的參考信號，步驟406用戶設備M10回報量測報告給大型基地台B30。於步驟407，大型基地台B30可以根據量測報告，決定將用戶設備M10交遞給被偵測到信號的小型基地台B20，接著再於步驟408對小型基地台B20經由S1介面或X2介面發出交遞請求。小型基地台B20於步驟409收到交遞請求而離開休眠模式，因此能提供服務給用戶設備M10。

根據本發明所提出的小型基地台及其應用的省電方法，在休眠期間僅需短暫醒來以週期性廣播參考信號，因此可以達到良好的省電效果。而由於用戶設備偵測小型基地台所廣播的 參考信號，以及藉由交遞請求或連線請求喚醒小型基地台，能夠確保醒來的小型基地台能夠提供用戶設備服務，解決了小型基地台用戶偵測問題，並且此操作流程不需更改現有標準，不需要更動大型基地台與用戶設備的設計即可完成。另外，因交遞請求可以通過S1介面傳送，即使不存在X2介面，亦能夠使用本發明所提出的省電方法。本發明僅需加入第二時間週期T2的休眠時間，利用現有的S1介面、連線程序、交遞程序即可實現。

綜上所述，雖然本發明已以多個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S100‧‧‧根據小型基地台的負載資訊，決定是否進入休眠模式

S102‧‧‧在休眠模式中週期性廣播參考信號

S104‧‧‧接收交遞請求或連線請求離開休眠模式

Claims (21)

1. 一種用於一小型基地台的省電方法，包括：根據該小型基地台的一負載資訊，決定是否進入一休眠模式；在該休眠模式中週期性廣播一參考信號；以及接收一交遞請求或一連線請求而離開該休眠模式。
2. 如申請專利範圍第1項所述之省電方法，其中該負載資訊係根據該小型基地台所服務的一用戶設備數量而決定。
3. 如申請專利範圍第2項所述之省電方法，其中當該小型基地台所服務的該用戶設備數量為零時，進入該休眠模式。
4. 如申請專利範圍第1項所述之省電方法，其中該參考信號係該小型基地台讓一用戶設備偵測的一基地台參考信號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之省電方法，其中該休眠模式包括週期性的一第一時間週期及一第二時間週期，該小型基地台在該第一時間週期廣播該參考信號，該小型基地台在該第二時間週期禁能無線信號傳輸。
6. 如申請專利範圍第5項所述之省電方法，其中該第二時間週期的長度大於該第一時間週期的長度。
7. 如申請專利範圍第5項所述之省電方法，其中該第一時間週期的長度至少為一量測間隙重複週期。
8. 如申請專利範圍第5項所述之省電方法，其中該第二時間週期的長度至少為1秒。
9. 如申請專利範圍第1項所述之省電方法，其中該交遞請求是由該小型基地台的一S1介面接收。
10. 如申請專利範圍第1項所述之省電方法，其中該交遞請求是由該小型基地台的一X2介面接收。
11. 如申請專利範圍第1項所述之省電方法，其中該小型基地台接收來自一用戶設備之該連線請求而離開該休眠模式。
12. 一種小型基地台，用以執行一省電方法，該小型基地台包括：一通訊電路，經配置以在一休眠模式中週期性廣播一參考信號，並且經配置以接收一交遞請求及一連線請求；以及一處理器，經配置以根據該小型基地台的一負載資訊，決定是否進入該休眠模式，並且經配置以根據該交遞請求或該連線請求決定離開該休眠模式。
13. 如申請專利範圍第12項所述之小型基地台，其中該處理器根據該小型基地台所服務的一用戶設備數量決定該負載資訊。
14. 如申請專利範圍第13項所述之小型基地台，其中當該小型基地台所服務的該用戶設備數量為零時，該處理器決定該小型基地台進入該休眠模式。
15. 如申請專利範圍第12項所述之小型基地台，其中該參考信號係該小型基地台讓一用戶設備偵測的一基地台參考信號。
16. 如申請專利範圍第12項所述之小型基地台，其中該休眠 模式包括週期性的一第一時間週期及一第二時間週期，在該第一時間週期該通訊電路廣播該參考信號，該小型基地台在該第二時間週期禁能無線信號傳輸。
17. 如申請專利範圍第16項所述之小型基地台，其中該第二時間週期的長度大於該第一時間週期的長度。
18. 如申請專利範圍第16項所述之小型基地台，其中該第一時間週期的長度至少為一量測間隙重複週期。
19. 如申請專利範圍第16項所述之小型基地台，其中該第二時間週期的長度至少為1秒。
20. 如申請專利範圍第12項所述之小型基地台，其中該通訊電路是經由一S1介面接收該交遞請求。
21. 如申請專利範圍第12項所述之小型基地台，其中該通訊電路是經由一X2介面接收該交遞請求。