本发明专利技术公开了一种用于LTE-A蜂窝网络的分布式用户位置感知小区关闭方法，属于无线通信中LTE-A下行协作通信能源资源管理领域，其特点在于：可以根据周边通信小区内的用户数目，优先关闭用户数目较少且利用率低的小区，从而提升所有利用率低的小区的关闭概率。通过用户在通信小区内的分布情况，缩小接收该小区所有转移用户的可选相邻基站范围，从而减少由于采用极小化极大算法而带来的算法复杂度。本发明专利技术的优点在于：在保证用户通信质量的情况下，根据周边小区内的用户数目，动态地调整参与判决小区关闭的用户数目阈值，提升了关闭小区数目，节约了更多能源；结合用户在小区内的位置，缩减了最优接收集合的搜索范围，减少了算法复杂度。
【技术实现步骤摘要】
用于LTE-A蜂窝网络的分布式用户位置感知小区关闭方法
本专利技术涉及一种基于用户位置的分布式小区关闭方法，属于无线通信中LTE-A下行协作通信能源资源管理的相关领域。
技术介绍
经过了几十年的快速发展，在不断增长的数据流量需求的驱动下，信息与通信技术(InformationandCommunicationTechnology，ICT)正向着更加注重性能的方向发展，相关能耗也随之增加。最近一段时间，在意识到如下事实后，能源消耗被提升为一个重要议题而广泛讨论：ICT产业的能源消耗占全球能耗的3％，温室气体的排放量占全球排放量的2～4％，并且ICT产业的能耗以每年15～20％的速度增长，每5年能耗翻番。在传统无线蜂窝网络中，基站(BaseStations，BS)的能耗占总能耗的70％以上，并且值得注意的是当基站所承受的负载较轻或无负载时，其能耗仍然能达到其能耗峰值的90％。这组数字表明了对基站进行操作将成为一个减小能耗的适用途径。为了满足在任何时间都能保证服务质量(QualityofService，QoS)的设计原则，运营商通常会在一片区域内部署很多基站用以消除通信盲区。尽管这种以增加基站数目换取系统性能提升的手段非常有效，但却由于存在大量低使用率的基站，耗费了大量的能量。结合通信业务的潮汐效应，可以采用在低业务时间段和区域内关闭部分低使用率基站，并由其余未关闭基站提供覆盖的方式，大幅度减少基站能耗。3GPPRel-9中规定通信小区可以根据流量负载、状态持续时间等统计参数，由相关算法决定小区是否关闭。根据判决方式，小区关闭的方法可以分为两大类，一类是只通过附近基站间的信令交换进行关闭判决，即为分布式关闭方法；另一类是在基站间选择一个组头进行统一操作，即为集中式关闭方法。分布式关闭方法较为灵活，可以根据局部区域信息调整关闭决策。集中式关闭方法需要取得全部小区信息，判决时间较长。在《DistributedInter-BSCooperationAidedEnergyEfficientLoadBalancingforCellularNetworks》、《Traffic-and-InterferenceAwareBaseStationSwitchingforGreenCellularNetworks》等相关文献中，均对蜂窝通信网络的能源资源管理有较为深刻的介绍与研究。尽管以往文献在考虑了通信业务潮汐特性的同时也加入了不同的衡量标准用以更加合理地进行关闭判决，但对于通信小区内的用户分布特性缺乏深入的认识和考虑，这导致部分利用率低的小区未能成功关闭，从而使得小区关闭的节能效果受到影响。因此，本专利技术针对基于正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)的LTE-A蜂窝网络通信小区的能源资源管理进行了深入研究，分析了以往文献提出方法的小区关闭判决条件，以及选择接收转移流量基站的算法，并结合了小区内的用户分布特性，提出了一种新的小区关闭方法。参考文献1、DistributedInter-BSCooperationAidedEnergyEfficientLoadBalancingforCellularNetworks,IEEETransactionsonWirelessCommunications,(Volume:12,Issue:11).2、Traffic-and-InterferenceAwareBaseStationSwitchingforGreenCellularNetworks,IEEE18thInternationalWorkshoponComputerAidedModelingandDesignofCommunicationLinksandNetworks(CAMAD),2013.
技术实现思路
本专利技术的主要目的是，在为了应对峰值时段业务量而部署的通信网络，处于其非峰值时段时造成了大量资源浪费的情况下，针对用户在蜂窝通信网络中随机分布的情景，以提升通信系统能效性为目标，构建基于OFDM的LTE-A下行链路通信环境完成对于低利用率小区的节能操作。解决了在非峰值时段通信网络耗费多余资源的问题，并通过结合用户位置信息来减少算法复杂度以及保证原属已关闭小区的转移用户的通信质量。用于LTE-A蜂窝网络的分布式用户位置感知小区关闭方法，其特点在于：通过结合中心小区及其相邻小区的用户数目信息与小区流量信息，联合决定适合关闭的低利用率小区，根据中心小区用户位置，动态地缩小转移用户最佳接收集合的搜索范围，从而达到提高系统能量利用率以及减少算法复杂度的目的。本专利技术是依次按以下步骤实现的：用于LTE-A蜂窝网络的分布式用户位置感知小区关闭方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：系统初始化；设定本专利技术中的通信网络模型为LTE-A多小区自组织网络模型，通信环境设定为基于OFDM技术的LTE-A下行通信链路；每个通信小区划分为三个扇区，并采用具有120°辐角的定向天线，且每个扇区分配不同的25个资源块；所有用户在19个通信小区内随机分布，且假设保持位置不变；所有用户均一直与其所属的基站以不变速率进行数据交换；基站针对不同用户的发射功率被分配到其所用的频率资源块上，并根据其所选择的数据传输速率进行调整；步骤2：对于单个用户UEi，其接收信号与干扰加噪声比SignaltoInterferenceplusNoiseRatio，SINR为：其中Pi,recieved为用户端接收到的有用信号接收功率；Ii,intra为小区内同频干扰；Ii,inter为小区间同频干扰；PN为加性高斯白噪声，由于本方法采用了OFDM技术，因此通信小区内不存在同频干扰；步骤3：根据已知的SINR，UEi的频谱效率SpectralEfficiency，SE可以表示为：其中0≤ξ≤1是包含实际损耗的衰减因子；γmin是可用于计算频谱效率的最小SINR；γmax是可用于计算频谱效率的最大SINR；ψmax是可得到的最大频谱效率；步骤4：根据已知的SE，UEi所占用的资源块ResourceBlocks，RB数目可表示为：其中Ri是UEi所请求的数据传输速率；WRB是一个资源块所占的带宽；算子[x]表示对x进行取整运算；步骤5：在得到基站BSj所有用户所占的RB数目后，BSj的负载因子LoadFactor，LF可表示为：其中βi,j是从属于BSj的UEi所请求的RB数目；RBtotal是BSj拥有的所有RB数目；步骤6：根据预先制定好的关闭顺序对各个基站依次进行判决考虑：步骤6.1：判断BSj在当前判决中，是否第一次进入判决考虑；步骤6.2：如果是，则根据周围未关闭小区的用户数目与BSj的流量负载考虑其是否适合关闭；步骤6.3：如果不是，则仅根据BSj的流量负载考虑其是否适合关闭；步骤7：根据用户在考虑关闭小区BSj内的分布情况，排除接收转移用户可能性较低的相邻小区，从而确定接收BSj用户的接收基站范围；步骤8：根据极小化极大算法从接收基站范围中，在保持用户原有传输速率的情况下，选择一组最优集合接收转移用户并关闭BSj，如果没有可用的接收集合，BSj则保持开启；步骤9：重复步骤2至步骤8直至所有适合关闭的基站全部关闭为止本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于LTE‑A蜂窝网络的分布式用户位置感知小区关闭方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：系统初始化；设定本专利技术中的通信网络模型为LTE‑A多小区自组织网络模型，通信环境设定为基于OFDM技术的LTE‑A下行通信链路；每个通信小区划分为三个扇区，并采用具有120°辐角的定向天线，且每个扇区分配不同的25个资源块；所有用户在19个通信小区内随机分布，且假设保持位置不变；所有用户均一直与其所属的基站以不变速率进行数据交换；基站针对不同用户的发射功率被分配到其所用的频率资源块上，并根据其所选择的数据传输速率进行调整；步骤2：对于单个用户UEi，其接收信号与干扰加噪声比Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR为：γi=Pi,recievedIi,intra+Ii,inter+PN]]>其中Pi,recieved为用户端接收到的有用信号接收功率；Ii,intra为小区内同频干扰；Ii,inter为小区间同频干扰；PN为加性高斯白噪声，由于本方法采用了OFDM技术，因此通信小区内不存在同频干扰；步骤3：根据已知的SINR，UEi的频谱效率Spectral Efficiency，SE可以表示为：ψi=0ifγi<γminξlog2(1+γi)ifγmin≤γi<γmaxψmaxifγi≥γmax]]>其中0≤ξ≤1是包含实际损耗的衰减因子；γmin是可用于计算频谱效率的最小SINR；γmax是可用于计算频谱效率的最大SINR；ψmax是可得到的最大频谱效率；步骤4：根据已知的SE，UEi所占用的资源块Resource Blocks，RB数目可表示为：βi=[RWRBψi]]]>其中Ri是UEi所请求的数据传输速率；WRB是一个资源块所占的带宽；算子[x]表示对x进行取整运算；步骤5：在得到基站BSj所有用户所占的RB数目后，BSj的负载因子Load Factor，LF可表示为：ρj=Σβi,jRBtotal]]>其中βi,j是从属于BSj的UEi所请求的RB数目；RBtotal是BSj拥有的所有RB数目；步骤6：根据预先制定好的关闭顺序对各个基站依次进行判决考虑：步骤6.1：判断BSj在当前判决中，是否第一次进入判决考虑；步骤6.2：如果是，则根据周围未关闭小区的用户数目与BSj的流量负载考虑其是否适合关闭；步骤6.3：如果不是，则仅根据BSj的流量负载考虑其是否适合关闭；步骤7：根据用户在考虑关闭小区BSj内的分布情况，排除接收转移用户可能性较低的相邻小区，从而确定接收BSj用户的接收基站范围；步骤8：根据极小化极大算法从接收基站范围中，在保持用户原有传输速率的情况下，选择一组最优集合接收转移用户并关闭BSj，如果没有可用的接收集合，BSj则保持开启；步骤9：重复步骤2至步骤8直至所有适合关闭的基站全部关闭为止。...
【技术特征摘要】
1.用于LTE-A蜂窝网络的分布式用户位置感知小区关闭方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：系统初始化；通信网络模型为LTE-A多小区自组织网络模型，通信环境设定为基于OFDM技术的LTE-A下行通信链路；每个通信小区划分为三个扇区，并采用具有120°辐角的定向天线，且每个扇区分配不同的25个资源块；所有用户在19个通信小区内随机分布，且假设保持位置不变；所有用户均一直与其所属的基站以不变速率进行数据交换；基站针对不同用户的发射功率被分配到其所用的频率资源块上，并根据其所选择的数据传输速率进行调整；步骤2：对于单个用户UEi，其接收信号与干扰加噪声比SignaltoInterferenceplusNoiseRatio，SINR为：其中，UEi为第i个用户端，Pi,recieved为用户端接收到的有用信号接收功率；Ii,intra为小区内同频干扰；Ii,inter为小区间同频干扰；PN为加性高斯白噪声，由于本方法采用了OFDM技术，因此通信小区内不存在同频干扰；步骤3：根据已知的SINR，UEi的频谱效率SpectralEfficiency，SE可以表示为：其中0≤ξ≤1是包含实际损耗的衰减因子；γmin是可用于计算频谱效率的最小SINR；γmax是可用于计算频谱效率的最大SINR；ψmax是可得到的最大频谱效率；步骤4：根据已知的SE，UEi所占用的资源块ResourceBlocks，RB数目可表示为：其中Ri是UEi所请求的数据传输速率；WRB是一个资源块所占的带宽；算子[x]表示对x进行取整运算；步骤5：在得到基站BSj所有用户所占的RB数目后，BSj的负载因子LoadFactor，LF可表示为：其中βi,j是从属于BSj的UEi所请求的RB数目；RBtotal是BSj拥有的所有RB数目，BSj为第j个基站；步骤6：根据预先制定好的关闭顺序对各个...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙恩昌，苏啸尘，李萌，孙艳华，杨睿哲，司鹏博，张延华，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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