基于能效的基站功率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于能效的基站功率控制方法，属于通信技术领域，包括以下步骤(1)各参数初始化设置，将各基站的发射功率设置成基站默认发射功率；(2)计算各基站当前的负载量，并按照各基站负载量划分基站工作状态；(3)进行基站功率调整，即将所有零负载基站发射功率调整为0，即将其进行休眠控制；对最轻负载基站min_base进行基站休眠设置；对最重负载基站max_base进行小区收缩控制；(4)进行基站激活程序。本发明专利技术结合现有功率控制技术、基站休眠技术和小区呼吸技术，提出一个基于能效的功率控制算法，旨在提高网络能效，此外，还有均衡各基站负载的效果。

【技术实现步骤摘要】
基于能效的基站功率控制方法
本专利技术涉及通信
，具体给出了一种基于能效的基站功率控制方法。
技术介绍
随着3G、4G的蓬勃发展，移动通信网络的研究热度也达到前所未有的程度。物联网和移动互联网作为未来移动通信网络发展的两大驱动力，对设备连接密度和移动数据流量提出了更高的要求，可以预见未来移动用户连接密度和移动数据流量将进一步呈现爆炸式的增长。据估计，到2020年，全世界移动数据流量将比2010年增长超过100倍，不包含物联网在内的移动终端将超过200亿，其中中国将超过20亿，因此，移动通信网络将存在巨大的可挖掘市场和刚性需求。为了应对这种与日俱增的需求，对下一代移动通信技术(5G)的研究迫在眉睫。与此同时，移动通信网络的能量消耗现状却不容乐观，据全球知名市场调研机构Gartner调查，全球蜂窝网络平均每年大约消耗600亿kWh的电量，并且这个能耗数量每五年就会增长15％-20％，移动通信行业能耗占到全世界总能耗的3％，高于其他行业，这其中基站的能量消耗占到60％～80％，如果不采取有效的技术手段，这一数字到2020年将超过现在的两倍以上，运营商的电费支出甚至已经接近其运营费用支出的三分之一，因此，减少移动通信网络能耗，提高网络能效不仅是一种社会责任感的体现，还能带来可观的经济效益，也是对社会可持续性发展、绿色通信、构建低碳环保社会的响应。针对超千倍的移动数据流量和移动端连接数的增长，未来5G需要采用高密度重叠覆盖的异构网络架构，这种网络架构带来了更多的基站部署，而且其中微小基站的部署更加具有随意性，这无疑对网络能效的提高带来了更严峻的挑战。网络能效表示其覆盖区域内用户业务总量与总能耗的比值，即单位能耗平均承载的用户业务量，或单位面积单位带宽下的能量效率，这里的承载业务总量是指网络实际承载的用户端总业务吞吐量，而不仅仅是指各链路上的信息传输总量，而总能耗是包括信号处理设备能耗、基站能耗、外围设备能耗及无线传输能耗在内的网络所有相关设备的能耗，因此，提高网络能效的途径很多，只要能减少任何一项能耗都能达到目的。资源管理主要是通过对网络资源以及终端等平台的有效管理以达到在网络性能提高的同时实现网络能效的最大化，主要包括优化接入选择、频谱功率分配、干扰控制以及基站休眠等技术。资源管理技术因为不受新设备、新技术和基站部署等因素的制约，受到研究者的广泛研究。研究者们对提高网络能效作出了多种尝试，有使用新天线技术、传输技术等试图减少功耗、提高信号传输性能，也有研究高能效的基站部署策略的，但这些往往都依赖于新技术的推广使用或者改变现有网络部署，存在较大的技术周期制约和成本因素制约，此外，也有研究者试图通过资源管理技术来提高网络能效，但是都存在一定的缺陷，要么不适用于未来高密度重叠覆盖的异构网络，要么用于实践难度较高或者存在对其他性能牺牲过大。专利技术在现有技术背景、不改变基站部署的情况下，通过资源管理技术来提高网络能效。功率控制无线通信网络中的信号传输都是通过无线电磁波在空间的传播完成，信号的接收强度、处理效果跟信号发射功率的强度息息相关，无线通信网络中的功率控制技术一直是无线资源管理技术的主要技术之一。在无线通信网络中，对通信双方来说，信号发射功率越大，接收信号强度越大、信噪比越大，则信道质量就越好，能有效增大信道容量、降低误码率，但是另一方面，除通信双方以外的通信设备发射的信号则会给通信带来干扰，有时候这种干扰极其严重，从而起到适得其反的效果，因此，功率控制需要结合周边网络环境，既要考虑功率调整对现有通信的影响，也要考虑功率调整对其他通信带来的干扰，适当的功率控制既能提高通信质量，又不会对其他通信产生额外干扰，造成不利影响。功率控制一般是指根据接收信号强度、信噪比、信道容量等指标进行评估考量后，通过调整发射功率，以确保满足通信质量要求或者实现网络性能优化的技术手段。根据功率控制的实施是由基站还是移动设备完成，可以将功率控制方式分为集中式功率控制和分布式功率控制，其中，各端发射功率由基站统一控制实施的称为集中式功率控制，而将功率控制的任务转交给各个移动设备分散执行的方式称为分布式功率控制。集中式功率控制方式适合对所有设备进行统一的管理，而分布式功率控制更加灵活、具有针对不同情况不同处理的特点，但同时增加了移动设备的负担。根据功率控制的方式，可以将功率控制具体分为以下几类：(1)开环功率控制。这种控制方式是指通信一端根据RSSI来调整自身发射功率，接收到的信号功率过小，则说明信号传输损耗过大，而另一端同样如此，这时通过增大自身发射功率使通信另一端接收信号强度增大，例如移动设备根据从基站接收到的信号强度来调整自身发射功率，从而使移动通信设备传送到基站的信号强度达到理想大小，这种功率控制方式比较简单。(2)闭环功率控制。这种控制方式与开环控制方式相反，是指通信一方根据RSSI，向通信另一端发送调整发射功率指令，例如基站根据从移动设备经反向链路接收的信号强度，通过前向链路向移动设备发出调整发生功率大小的指令，移动设备根据指令调整发射功率。这种功率控制方式精度高，但是功率调整指令传输过程产生较大的延时，使得功率调整有延时，可能跟不上网络的变化，同时，对移动速度较快的移动设备起到的效果达不到预期。(3)外环功率控制。外环功率控制是指直接通信一方根据接收机接收解调后的误码率，向通信另一方发送调整功率的指令，因为接收信号强度会直接影响接收信噪比大小，而接收信噪比越大则误码率越小，反之则误码率越大。此控制方式与闭环功率控制方式相似，均是根据通信一端当前状态发出指令来控制另一端的功率调整，这种功率控制方式更具针对性，与通信质量直接挂钩，同时也比闭环功率控制方式更复杂一些。(4)反向功率控制。这种控制方式是通过开环功率控制方式或者闭环功率控制方式来调整移动设备的上行发射功率。这种功率控制方式可以延长移动设备电池续航时间，还能增加系统容量，同时可以克服“远近效应”。“远近效应”是指当基站收到强弱不同的信号时，较强的信号会给较弱的信号带来严重的干扰，一般来讲，移动设备收到的信号强弱跟其距离基站的距离成反比，基站覆盖范围内的移动设备接收的信号强度各不相同，任何移动通信系统都存在“远近效应”，反向功率控制通过调整移动设备的发射功率大小，使基站接收自各移动设备的信号强度相近，从而客服“远近效应”。(5)前向功率控制。这种控制方式是通过开环功率控制或者闭环功率控制方式来调整基站的下行发射功率，与反向功率控制的作用对象恰恰相反。通过前向功率控制可以克服CDMA系统中的“角效应”，“角效应”是指处于不同基站覆盖面的交汇区域中的移动设备，由于处于接入基站的边缘，信号传输损耗严重，接收到的有用信号强度较弱，而来自相邻基站的干扰信号强度较强，从而产生严重干扰，前向功率控制通过调整这些相邻基站的发射功率，强化移动设备从目标基站接收的有效信号强度，抑制相邻基站传输的干扰信号强度，从而克服“角效应”。功率控制需要基站和移动设备之间的协作和信息交流，功率控制中功率调整的对象可以是基站也可以是移动台，对于基站而言，功率的变化意味着其覆盖面积的变化，适当的功率控制可以在保证接入基站用户的通信质量的同时，调整基站负载，同时能提高能量效率；而对于移动台而言，一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于能效的基站功率控制方法，其特征在于，步骤如下：(1)各参数初始化设置，将各基站的发射功率设置成基站默认发射功率；(2)计算各基站当前的负载量，并按照各基站负载量划分基站工作状态；(3)进行基站功率调整，即将所有零负载基站发射功率调整为0，即将其进行休眠控制；对最轻负载基站min_base进行基站休眠设置；对最重负载基站max_base进行小区收缩控制；(4)进行基站激活程序，若处于重负载状态的微基站数目大于微基站总数目的一般或者掉线率高于门限值，则会出发基站激活程序，一个基站功率处理周期最多激活一个处于休眠状态的微基站或者小型基地台。

【技术特征摘要】
1.一种基于能效的基站功率控制方法，其特征在于，步骤如下：(1)各参数初始化设置，将各基站的发射功率设置成基站默认发射功率；(2)计算各基站当前的负载量，并按照各基站负载量划分基站工作状态；(3)进行基站功率调整，即将所有零负载基站发射功率调整为0，即将其进行休眠控制；对最轻负载基站min_base进行基站休眠设置；对最重负载基站max_base进行小区收缩控制；(4)进行基站激活程序，若处于重负载状态的微基站数目大于微基站总数目的一般或者掉线率高于门限值，则会出发基站激活程序，一个基站功率处理周期最多激活一个处于休眠状态的微基站或者小型基地台。2.根据权利要1所述的一种基于能效的基站功率控制方法，其特征在于，步骤(2)具体如下：采用当前接入基站用户总带宽占基站总带宽的比例表示基站负载量大小，表示为式(1)所示；式中，ui是基站i的当前负载量，用户接入基站时不允许超负载，因此ui∈[0,1]，ui,k表示用户k接入基站i时给基站i带来的负载量大小，其计算方式如式(2)所示，表示用户接入基站占用带宽大小与基站总带宽大小的比值，Bi,k即表示用户接入基站占用带宽大小，任何用户接入任一基站都统一分配带宽200KHz，Bi表示基站总带宽大小，三种类型的基站系统总带宽大小均为10MHz，ρi(k)是指用户的连接状态表示函数，ρi(k)＝1表示当用户k连接至基站i，ρi(k)＝0则表示当用户k未连接至基站i。3.根据权利要1或2所述的一种基于能效的基站功率控制方法，其特征在于，步骤(3)具体如下：通...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵聪，吴坤，郭伟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51