WO2015035740A1

WO2015035740A1 - 一种lte-a系统多小区无线网络的基站功率控制方法

Info

Publication number: WO2015035740A1
Application number: PCT/CN2014/070342
Authority: WO
Inventors: 赵新胜; 张巍
Original assignee: 东南大学
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2015-03-19
Also published as: CN103561427B; CN103561427A

Abstract

本发明公开了一种LTE-A系统多小区无线网络的基站功率控制方法，系统中eNodeB周期性地检测小区内负载以及小区内UE上报的CQI信息，当负载状况满足功控门限值时，即启动虚拟功率控制使得过载小区负载向低载小区转移；若小区中不存在负载不均衡问题或负载不均衡已得到解决，则通过CQI判断小区边缘用户比例，若该比例大于门限值，则启动多点协同传输的功率控制方案，改善小区边缘用户QoS；若小区中不存在负载不均衡问题且不存在边缘用户QoS低于门限值状况，或者上述问题得到解决，则通过实际功率调整的方法提高小区能量利用率。本发明通过实际或虚拟的功率控制在一个流程中解决多小区场景下负载不均衡，小区边缘QoS以及能量利用率等问题，避免了分开进行系统控制的不完整问题。

Description

一种 LTE-A系统多小区无线网络的基站功率控制方法技术领域

本发明涉及一种 LTE-A系统多小区无线网络的基站功率控制方法，用以解决多小区场景下负载不均衡、小区边缘业务质量保障 (QoS)和功率利用率等问题，属于网络通信技术领域。

背景技术

LTE-A是 3GPP组织最新标准化成果，它极大的提高了无线通信传输速率。但同时也将面临着许多重大挑战。负载均衡，边缘用户 QoS的提高以及提高能量利用率是亟需解决的三个重要问题。

一般的，当负载不均衡时， LTE-A系统通过调整切换参数来达到负载转移；当小区边缘用户过多时，系统通过 CoMP技术来达到提高小区边缘用户通信；当负载较低时，可以降低基站功率甚至关闭基站以达到提高能量利用率。

现有技术通常将上述问题分开解决，造成算法过于复杂。为此，需要一种简单的统一的方案来解决上述挑战。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种 LTE-A系统多小区无线网络的基站功率控制方法，它为简单地实现负载均衡，提高小区边缘 QoS以及提高小区能量效率描述了一个框架。由于改善小区中负载不均衡问题的优先级高于提高小区边缘 QoS保障，提高小区边缘 QoS的优先级高于增加小区能量利用率。本发明的技术方案如下。

技术方案：一种 LTE-A系统多小区无线网络的基站功率控制方法，在判决成功的基础上，依次对小区运用虚拟功率控制、多点协作传输（CoMP) 以及功率控制。若小区负载不平衡，则对小区进行基于虚拟功率控制的小区呼吸；若小区边缘用户比例大于门限值，即说明小区边缘用户过多，则对小区进行多点协作传输以提高边缘用户通信速率；若小区负载低于门限值，则对小区运用功率控制以提高小区能量利用率。 LTE-A系统将在 N个 TTI中循环整个流程。

具体步骤如下：

步骤一： LTE-A系统在 ΝχΤΉ时间内每隔 TTI时间段周期性的检测小区 i(i=l,2,3...) ^ Load^it)以及小区 i内 UE j [/E^(t)上报的信干噪比 S/NR (t) _; t = t₀ + TTI, t₀ + 2 - TTI, ···， t₀+N ' TTI，其中， t。为上一个 ΝχΤΉ周期的结束时间点；按照规则 [1]计算小区 i的负载统计平均值 oat ;^(t)以及按照规则 [2]计算小区 i内 UE j 的信干噪比均值 S/NR^(t)并执行步骤二；步骤二：若当前小区 i负载统计平均值 at ^(t)大于门限值 L，基于规则 [3]的目标小区选定法则选取合适的小区作为负载转移目标小区，并对当前小区和目标小区按照基于虚拟发射功率的负载均衡的规则 [5]和 [6]进行负载均衡。若当前小区 i负载统计平均值 OiK ^vg(0低于门限值 L，则执行步骤三；步骤三：判断当前小区 i内边缘用户所占比例 r，若 r大于门限值 R，则执行步骤四；若否，则执行步骤五；

步骤四：按照规则 [8]判断 UE类型，对当前小区 i以及其相邻小区进行功率控制，为使用多点协同传输 (CoMP)联合发送、联合调度和波速成型等传输方案做好准备。若 UE属于边缘类型 A的用户，则 UE的协作小区数为 2; 若 UE属于边缘类型 B的用户，则 UE的协作小区数为 3 ;

步骤五：若 i相邻小区的空闲负载可维持关闭小区 i后小区 i内 UE的原通信速率，则执行步骤六；若否，则执行步骤七；

步骤六：若小区 i负载低于或等于其相邻任一小区的负载，则按照规则 [9][10][11]是否可关闭小区 i。若是，则关闭小区 i; 若否，则将当前小区修改为 i相邻的负载最低的小区 j，并对新的当前小区 j运用上述步骤一至步骤六；

步骤七：按照规则 [12]修改小区 i的实际发射功率至，使得能够维持小区 i中的用户保持原有的通信速率。假设为低于的任意发射功率，则都将降低小区 i 中的用户原有的通信速率。

所述步骤一至步骤七，按照周期 ΜχΝχΤΤΙ重复执行；其中， TTI表示 LTE系统中传输时间间隔，通常为 lms。

进一步地，所述步骤一中，小区负载加权统计均值计算基于规则 [1]: N-TTh(k-l)

m(t) -Load^cur(t)

Load^it) = ~ ^ ^ ■——，规则 [1] 其中， (¾wf" t)为小区 it时刻负载大小， k表示周期（指 ΝχΤΤΙ) 数。进一步地，所述步骤一中， UE的 SINR均值计算基于规则 [2]:

规则 [2]

其中， S/NR^ (t)为基于用户 t时刻上报的 CQI而计算出的 SINR值的大小， k表示周期（指 NxTTI) 数。

进一步地，所述步骤二中， UE转移目标小区的选择基于规则 [3]:

^ load, lg ^,

^Tcen = ^ -r- + ^2 y-^ 规则 [3] load j lg P_t r_ee„表示目示小 g 号，表示 tr¾t载小勺贞载， /ο ^.表示小 g i 相邻小区的负载，表示 UE检测到的小区 i的接收功率，为 UE检测到的 j小区的接受功率， H^¾W₂为加权系数，通常取 1。小区将选择 T_ee„最大的相邻小区作为目标转移小区。

进一步地，所述步骤二中，小区 i负载计算基于规则 [4] :

^Num]

Loadi =」规则 [4]

N ¹ V cell 其中， ^ Nww^为小区 i中任意用户」 '所用 PRB数量。 „为小区 i中所有用户占 j 用的 PRB总量， N_cell为小区的 PRB数量。进一步地，所述步骤二中， t+1时刻当前小区 i与目标小区 I的虚拟发射功率分别修正基于规则 [5] [6] :

规则 [5]

，规则 [6] 其中， + 为小区 i在 t+1时刻的虚拟发射功率，为小区 i在 t时刻的虚拟发射功率，为小区 it时刻实际发射功率， ^(0为 j小区 t时刻实际发射功率， Δ„为小区 i和小区 i虚拟发射功率的修正值，尸 (UE )和 UE )分别为 t时刻 UE接收到的来自小区 i的实际功率和虚拟功率， Pj (i/E)和 / (UE)分别为 t时刻 UE接收到的来自小区 i的实际功率和虚拟功率。

进一步地，所述步骤三中，小区边缘用户比例的计算基于规则 [7]:

N b,elow 规贝 |J[7] 其中， N _{bel w}是指小区 i内通信速率低于门限值 V的 UE的数量， N 是指小区 i内总的 UE数量。

进一步地，所述步骤四中，用户所属边缘类型的判断基于规则 [8]:

. 用户属于边缘类型 A

规则 [8] p -ρ\<Τ

11 ¹2 \— ¹ edge' . 用户属于边缘类型 B 其中，表示用户接收到的来自小区 i的信号强度，表示用户接收到的来自小区

J的 ϋ'、」信号强度， ^^为预设门限值。

进一步地，所述步骤六中， i相邻小区的空闲负载是否可维持小区 i关闭后小区 i内 UE的原通信速率基于规则 [8][9][10]：

load,, ,· >

规则 [9]

N 规则 [10]

规贝 |J[11] SINR";^g(t)+2

SINR^^er (t)

y₂ 规则 [12] SINRf {t)+2

S'

SINR^after (t) 规则 [13] s

S' + S

SINR^avg (t) 其中， fo^^表示 i的相邻小区 j的空闲负载， 7V_m表示 UEj在切换前所使用的 PRB 数量， SINRD表示小区 i中的 UEj在切换发生前的 SINR统计平均值， SINR ^after (t) 表示小区 i中的 UEj在切换发生后的 SINR值， S表示切换前 UE接收到的信号强度， S' 表示目标切换小区的信号强度。 S和 S '可通过 UE上报获得， S/NR^avg(t)可基于规则 [2]

步地，所述步骤七中，的取值基于规则 [12]:

(i+ ^ -i

规则 [14] 其中， Ρ_Α (ί)为小区 i原发射功率， p为原小区 i负载大小，为小区 i原 UE内 SINR 的平均值， ^可通过规则 [11]计算。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的 LTE-A系统多小区无线网络的基站功率控制方法，解决了多小区场景下负载不均衡，小区边缘 QoS以及能量利用率等问题，避免了分开进行系统控制的不完整问题，提高了系统性能，降低了解决问题的复杂度。

附图说明图 1为本发明实施例的网络结构图；

图 2为本发明实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图 2所示，用于 LTE-A系统多小区无线网络的基站功率控制方法，

(1)系统在 N个 TTI内周期性检测各小区负载以及各 UE上报的 SINR信息，计算并比较各小区负载加权统计均值以及各小区内各 UE 的 SINR统计均值，并执行步骤 (2);

其中，各小区负载加权统计均值的计算基于规则 [1] :

N-TTI{k-\)

m(t) - Load^cur (t)

Load^avg (t) = ~ ^ ― ' 规则 [1]

' N

小区内各 UE 的 SINR均值的计算基于规则 [2] :

N-TTI-(k-l)

V SINFT {t)

SINR (t) = 规则 [2]

N

(1)若当前小区 i负载 load,大于门限值 L，基于目标小区选定法则选取合适的小区作为目标小区，并对当前小区和目标小区采用基于虚拟发射功率的负载均衡方案。若当前小区 i负载 load,低于门限值 L，则执行步骤 (3);

其中， UE转移目标小区的选择基于规则 [3] :

^Tcell = ^wi 规则 [3]

小区 i负载计算基于规则 [4] :

^Num]

Load; = ^J 规则 [4]

t+1时刻当前小区 i与目标小区 I的虚拟发射功率分别修正基于规则 [5][6]：

F_p (t + 1) = Ρ'_ρ (t) + P'_A ( - P it) + A_u，规则 [5] Δ_ι = max{ [ ', {UE) + P (UE)] - [P^J _r (UE) + P¹ _A (UE)] }，规则 _[6]

UE

(2)当前小区 i通过 UE反馈的 SINR信息来判断小区边缘用户的比例 r。若 r高于门限值1，则对当前小区 i以及其相邻小区采取 CoMP技术，并执行步骤 (4)。若 r低于门限值 R，并执行步骤 (5);

其中，小区边缘用户比例的计算基于规则 [7]:

,― ^ below 规贝 |J[7]

(3)判断 UE类型。若 UE属于 A型边缘用户，则 UE的协作小区数为 2; 若 UE属于 B型边缘用户，则 UE的协作小区数为 3;

其中，用户所属边缘类型的判断基于规则 [8]:

|^ -^| > dge- · · 用户属于边缘类型 A

规贝 |J[8] |^ -^| ≤ dge- · · 用户属于边缘类型 B

(5)若 i相邻小区的空闲负载可维持关闭小区 i后小区 i内 UE的原通信速率，则执行步骤 (6); 若否，则执行步骤 (7);

其中， i相邻小区的空闲负载是否可维持小区 i关闭后小区 i内 UE的原通信速率基于规则 [8][9][10]：

规则 [9]

k.

则 [10] 2₍l

2 +d 3 5 7) 规

规贝 |J[11] SINR";^g(t)+2 SINR^after(t) =—— 规则 [13]

^{,J S} s' I s

SINR^avg(t)

(6)若小区 i负载低于或等于其相邻任一小区的负载，则关闭小区 i; 若否，则将当前小区修改为 i相邻的负载最低的小区」'，并对新的当前小区 j运用上述过程；

(7)修改小区 i的实际发射功率至，使得^能够维持小区 i中的用户保持原有的通信速率。假设为低于^;的任意发射功率，则都将降低小区 i 中的用户原有的通信

其中，的取值基于规则 [11]:

^PA = ^PA( = ^ 规则 [14] 所述步骤（1) ~ (7)按照周期若干个 TTI重复执行；其中， TTI表示传输时间间隔，为 lmso

实施例一

如图 2所示构造一个构造 TDD-LTE-A网络，一共有 19个小区，每个小区采用全向天线，小区间的频率复用因子为 1，除了边缘小区外，每个小区有六个相邻小区。基站功率限制为 ⁵ =30w。每次功率控制运行的周期为 100x10 个 TTI。下表给出 TDD-LTE-A网络的实际系统参数表:

( 1 ) 系统计算 100x10 个 TTI内小区 1的平均负载情况:

计算小区 1内的 UEj在 100x10个 TTI内的 SINR的统计均值:

SINR ^vf( =

(2)若 /o i ^g大于门限值 L=0.95，则启动虚拟功率控制。若否，则执行步骤（3) 继续判断。

(3 ) 计算小区 1内 SINR低于门限值 S=0.5dB的 UE所占 UE总数的比例 r是否大于门限值 R=20%。若是，则启动 CoMP以提高小区边缘用户通信速率。

(4)判断边缘处 UE所属边缘类型。若 UE属于 A型边缘用户，则利用 2个小区对 UE进行多点协作通信；若 UE属于 B型边缘用户，则利用 3个小区对 UE进行多点协作通信。

(5 ) 判断在小区 1关闭的情况下，小区 1的相邻小区 (小区 2,3,4,5,6禾口 7) 的空闲负载能否维持原小区 1中各 UE的通信速率。若是，执行步骤（6);若否，则执行步骤 (7)。

(6)判断是否小区 1的负载低于其相邻小区中的任意一个小区。若是，则关闭小区 1。若否，则将目标小区转为其相邻小区中负载最小的小区，并对该小区执行步骤（5 )。其中，对于规则 [10]中以 2为底的对数的计算可以参考图 2。

(7)降低小区 1的默认发射功率 A =30w至，使得小区 1内各 UE通信速率不受影响。

整个系统每次将在 100x10个 TTI内重复上述步骤。

实施例二

如图（3 )所示构造一个构造 FDD-LTE-A网络，同样包含 19个小区，每个小区采用全向天线，小区间的频率复用因子为 1，除了边缘小区外，每个小区有六个相邻小区。基站功率限制为 P_max = 30w。每次功率控制运行的周期为 100x 10个 TTI。频段带宽 TTI大小子载波间隔无线帧长度时隙大小基站发射功率

2500-2570

MHZ (上行）

上下行各

2620-2640 20MHZ 1ms 15kHz 10ms 0.5ms 30w

MHZ (下行）

上行多址下行多址上行下行调制方下行峰值速上行峰值

方式方式调制方式式率速率

SC-FDMA OFDMA BPSK BPSK

QPSK QPSK 1 Gbps 500

16QAM 16QAM Mbps

64QAM 64QAM

( 1 ) 系统计算 100个 TTI内小区 1的平均负载情况：

计算小区 1内的 UEj在 100x10 个 TTI内的 SINR的统计均值：

99x(10xl

^ SINR^it +

SINRr^g (t) = ~ ^

(2) 若^^大于门限值 L=0.95，则启动虚拟功率控制。若否，则执行步骤（3 ) 继续判断。

(5 ) 判断在小区 1关闭的情况下，小区 1的相邻小区 (小区 2,3,4,5,6禾口 7) 的空闲负载能否维持原小区 1中各 UE的通信速率。若是，执行步骤（6);若否，则执行步骤 (7)。对于规则 [10]中以 2为底对数的计算同样可参考图 2。

(6)判断是否小区 1的负载低于其相邻小区中的任意一个小区。若是，则关闭小区 1。若否，则将目标小区转为其相邻小区中负载最小的小区，并对该小区执行步骤（5 )。 (7)降低小区 1的默认发射功率 A =30w至，使得小区 1内各 UE通信速率不受影响。

整个系统每次将在 100x10个 TTI内重复上述步骤。

Claims

权利要求书

1、一种 LTE-A系统多小区无线网络的基站功率控制方法，其特征在于：网络中每个基站都设定一个实际发射功率 ^(0和虚拟功率 P(0;

功率控制过程具体步骤如下：

步骤一： LTE-A系统在 MXNXTTI时间内每隔 NXTTI时间段周期性的检测小区 i(i=\,2,3...)^ Load^cur{t)以及小区 i内 UE j[/E (t)上报的信干噪比 S/NR (t)； t = t₀+NxTTI, t₀+2xNxTTI, …， t₀+MxNxTTI , 其中， t。为上一个 ΜΧΝΧΤΤΙ周期的结束时间点；同时计算小区 i的负载统计平均值以及按照规则 [2]计算小区 i 内 UEj的信干噪比均值 S/NR (0；并执行步骤二步骤二：若当前小区 i 负载统计平均值 oai ^(t)大于门限值 L，选取合适的小区作为负载转移目标小区，并对当前小区和目标小区进行负载均衡；若当前小区 i负载统计平均值 c¾K ^(t)低于门限值 L，则执行步骤三；

步骤三：判断当前小区 i 内边缘用户所占比例 r，若 r大于门限值 R，则执行步骤四；若否，则执行步骤五；

步骤四：判断 UE类型，对当前小区 i以及其相邻小区进行功率控制；若 UE属于 A 型边缘用户，则 UE的协作小区数为 2; 若 UE属于 B型边缘用户，则 UE的协作小区数为 3;

步骤五：若小区 i相邻小区的空闲负载可维持关闭小区 i后小区 i内 UE的原通信速率，则执行步骤六；若否，则执行步骤七；

步骤六：若小区 i 负载低于或等于其相邻任一小区的负载，则判断是否可关闭小区 i; 若是，则关闭小区 i; 若否，则将当前小区修改为 i相邻的负载最低的小区」'，并对新的当前小区」 '运用上述过程；

步骤七：修改小区 i的实际发射功率至，使得能够维持小区 i 中的用户保持原有的通信速率；假设为低于的任意发射功率，则都将降低小区 i 中的用户原有的通信速率；

重复执行上述步骤一至步骤七，；其中， TTI表示 LTE系统中传输时间间隔。

2、如权利要求 1所述的 LTE-A系统多小区无线网络的基站功率控制方法，其特征在于：所述步骤一中，小区负载加权统计均值计算基于规则 [1]: ，规贝 U [ 1 ]

其中，为小区 it时刻负载大小， k表示周期数， m(t)表示负载加权系数， m(t)通常可设为 1。

3、如权利要求 1所述的 LTE-A系统多小区无线网络的基站功率控制方法，其特征在于：所述步骤一中， UE的 SINR均值计算基于规则 [2]:

，规则 [2]

其中， SINK; (t 为基于小区 i内任一 UE j 在 t时刻上报的 SINR值的大小， k表示周期数。

4、如权利要求 1所述的 LTE-A系统多小区无线网络的基站功率控制方法，其特征在于：所述步骤二中， UE转移目标小区的选择基于规则 [3]:

m load,

P_T ,

load j \g P_i 其中， _ee«表示目标小区编号，表示当前 ¾t载小区的负载，示小区 i 相邻小区 I的负载，表示 UE检测到的小区 i的接收功率，为 UE检测到的小区 i的接受功率， w^Pw₂为加权系数，通常取 1 ; 小区将选择 r_ee„最大的相邻小区作为目标转移小区。

5、如权利要求 1所述的 LTE-A系统多小区无线网络的基站功率控制方法，其特征在于：所述步骤二中，小区 i负载计算基于规则 [4]:

Load,二」规则 [4]

Ncell

其中， Z Num)为小区 i中任意用户」'所用 PRB数量，为小区 i中所有用户占 j

用的 PRB总量， N_ceU为小区的 PRB数量；

所述步骤二中， t+1 时刻当前小区 i与目标小区 I的虚拟发射功率分别修正基于规则

[5][6]：

{t) + A_a，规则 [5]

Δ_ί7 = m x{ [P'_A (UE) +

(UE)] }，规则 [6] 其中， ^ (_{ί +}ι)为小区 i在 t+i 时刻的虚拟发射功率，为小区 i在 t时刻的虚拟发射功率， i^(t)为小区 it时刻实际发射功率，为 j小区 t时刻实际发射功率， Δ„为小区 i和小区 i虚拟发射功率的修正值，尸 (UE )和 (UE )分别为 t时刻 UE接收到的来自小区 i的实际功率和虚拟功率， (i/E )和 P (UE )分别为 t时刻 UE接收到的来自小区 i的实际功率和虚拟功率。

6、如权利要求 1所述的 LTE-A系统多小区无线网络的基站功率控制方法，其特征在于：所述步骤三中，小区边缘用户比例的计算基于规则 [7]: r₌ ^ ow 规贝 lj[7]。

N sum 其中，。是指小区 i内通信速率低于门限值 V的 UE的数量， ^„是指小区 i 内总的 UE数量。

7、如权利要求 1所述的 LTE-A系统多小区无线网络的基站功率控制方法，其特征在于：所述步骤四中，用户所属边缘类型的判断基于规则 [8]:

> Τ_ά . . . 用户属于边缘类型 A

规则 [8]。

P - P ≤Γ . . . 用户属于边缘类型 Β 其中，表示用户接收到的来自小区 i的信号强度，表示用户接收到的来自小区 j 的信号强度，为预设门限值。

8、如权利要求 3所述的 LTE-A系统多小区无线网络的基站功率控制方法，其特征在于：所述步骤六中， i相邻小区的空闲负载是否可维持小区 i关闭后小区 i内 UE的原通信速率基于规则 [8][9][10]_:

load ≥^ 规贝 U[9]

.4 一6

今）

2₍i+K ) 规则 [10]

² 3 5 7

SINR";⁸(t)

规贝 |J[11]

SINR"^g(t)+2

SINR^^er(t)

y₂ = 规则 [12] SINR '^er(t)+2

S

SINR^after (t) = 规则 [13]

其中，表示 i的相邻小区 j的空闲负载， 7V_m表示 UE j在切换前所使用的 PRB 数量， 57WT^vg(X)表示小区 i 中的 UE j 在切换发生前的 SINR 统计平均值， S/NR ^r(、t)，表示小区 i中的 UE j在切换发生后的 SINR值， S表示切换前 UE接收到的信号强度， S'表示目标切换小区的信号强度， S 和 S'可通过 UE 上报获得， SINR^mg (t、可基于规则 [2]获得。

9、如权利要求 8所述的 LTE-A系统多小区无线网络的基站功率控制方法，其特征在于：所述步骤七中，的取值基于规则 [12]: p_A 规则 [14]

其中， (t)为小区 i原发射功率， 7为原小区 i 负载大小，为小区 i原 UE 内 SINR的平均值， ^可通过规则 [11]计算。