一种基于载波的无线通信系统节能方法技术方案

本发明专利技术公开了一种LTE通信系统的节能方法，应用场景为网络部署的成熟时期，尤其是通信热点地区。考虑到无线通信系统不是时刻处于满负荷运转状态，在网络负载较低的时间（如夜间），大量的基站处于空闲状态。在节能的过程中我们根据基站的负载的变化动态的开启/关闭某些基站，减少不必要的电力消耗，从而达到低碳节能的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及无线通信领域，尤其是无线通信系统的节能技术方面。
技术介绍
当今，全球气候变暖已经成为人类的生存和发展的严峻挑战，是世界经济问题的主题。随着全球人口的不断增长，能源的无休止的开采和使用，经济发展中对环境的忽视，导致大气中的二氧化碳浓度升高，造成全球气候变暖并日趋严重。在此背景下，“低碳经济”应运而生，人们对低碳经济给出了明确的定义——在可持续发展理念的指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗，较少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。在迅速发展的通信行业，绿色通信更成为一个炙手可热的焦点，它的主要意义在于节能减排，降低能耗，高效利用能源，强化废弃物管理，促进资源回收和可再生资源利用，注重产业链的交叉融合，对环境的负面影响最小化。绿色通信是低碳经济发展的重要组成部分，更是关系到我们的可持续发展，是当前通信行业建设的重点和方向。对现有的移动通信系统节能方法，主要有通过微蜂窝部署实现节能，通过调整非激活状态定时时间实现节能，通过调整未用时间间隔的长度达到节能效果等。通过微蜂窝部署实现节能的方法考虑到移动通信系统中80%的能量消耗在无线接入网，其中基站耗能尤为关键。考虑能量需求，一般认为，部署高密度的小型、低功率基站的网络拓扑结构会给系统带来强劲的增益。此外，由于有利的路径损耗条件和更短的传播距离，由微蜂窝覆盖的区域有更高的SINR。在LTE系统下选定合适的传播模型、基站类型及功率I旲型等，通过仿真区域功耗，总功耗等指标与基站数目、基站距尚的关系从而优化基站距离和基站数目。这样在保证某个地区系统吞吐量的同时，可以最大限度地降低该地区的总功耗。上述通过微蜂窝部署实现节能的方法有以下缺点。第一，需要对网络部署做出大规模的调整，既要调整现有基站的位置，又要增加新的基站。实施成本过高，节能所带来的收益甚至会小于我们调整网络所付出的代价。第二，基站的部署密度越高，用户在移动的过程中所经历的切换增加，所带来了掉话率也会增加，影响用户体验，这是我们不能接受的。通过调整非激活状态定时时间来达到节能的方法关键在于当没有数据发送或者接收时，释放网络资源并使移动台进入休眠状态来减少发射功率。由于移动台不是总处于激活状态下，便节省了能量，但是一个新会话的重建需要花费时间，为了使得重新建立连接的开销最小，当移动台处于休眠状态时，以一个有限的功率来侦听寻呼信道。网络同时保存和会话相关的配置信息，这样在重新建立连接时就不需要重新协商和重新配置信息。由于能耗的大小取决于移动台处于激活状态的时间，移动台处于激活状态的时间越短，能耗就越小。配置一个好的定时长度不仅能够优化能量利用率还可以减小重建开销。对于激活状态的监听可以由非激活状态定时器和移动终端的测量上报来完成，这项技术涉及各种状态机之间的转换。对于LTE系统来讲，定义了三种非接入层状态:激活状态、空闲状态、分离状态。处于不同状态的用户功耗是不同的，处于空闲和分离状态的用户发射功率最低，但是从该状态进入激活状态时会增加重建迟延和重建开销。通过合适的方法选定一个合适的非激活状态定时长度，使得移动台处于节能模式的时间最长，同时在该项指标与重建开销之间做一下协调，以求最大限度地节能。通过调整非激活状态来达到节能的方案有以下缺点。第一，该节能方案是基于移动台的，可以实现的节能效果不显著，并且目前移动台用于通信的电力消耗并不多，主要消耗在游戏等其他方面；第二，这种方法所带来的重新建立连接的时延延长也是LTE系统所不能忍受的。此外，还有通过调整未用时间间隔的长度达到节能效果的方法该方法是将传输的所有信息分为节能等级，当节能等级启动时，移动台进入休眠模式以减小发射功率。该方法的主要目的是使得没有数据传输的时间间隔最大化。未用时间间隔定义为在同一时刻，各个不同节能等级的休眠窗中均没有数据传输的时间。该时间间隔越大，即意味着移动台处于休眠状态的时间越长，这样系统的耗能就越少。节能等级设定三个参数:初始休眠窗、监听窗、第一个休眠窗的起始帧号。这样可以通过中国剩余定理及其改进算法对此进行仿真，得到所求时间间隔同各个参数的关系。通过对计算复杂度和性能增益的权衡，选定合适的参数，这些参数也可以根据系统实际的情况自适应地改变。为了适合LTE系统中不同速率业务，可以定义多种不同的节能类型，每种类型中再定义不同的节能等级，然后允许系统根据实际需要自适应地选择。通过调整未用时间间隔的长度来达到节能的方法有以下缺点，算法复杂度较高，尤其是对于多变的无线通信系统，网络的变化会引起参数的一系列改变，系统需时刻调整自身参数以适应不同的业务条件，很难处于一个稳定的状态。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种无线通信系统的节能方案，有效解决了已有节能方法的缺点，能够降低无线通信系统的能源消耗，同时保证为用户提供的服务质量，实现无线通信系统的节能、低碳的目标。为了达到此目的，本专利技术提出的节能方法主要包括以下方法:1、基站协作技术紧张的局面。2、48基站的网络模型根据3GPPTR32.826vl0.0.0，本专利的研究场景采用48基站的网络部署，每个基站有4个载波段，每个载波段为5MHz。基站间距为1100m，研究基站的节能方案时，我们忽略由于气温对基站能耗所带来的影响。由于网络容量是根据一天中网络流量最大的情况来设计的，所以在一天中的大多数时间网络是处于欠饱和状态的，而此时所有的基站和载波都处于开启状态，此时消耗的能量是可以避免的。我们要做的就是根据网络中的流量情况，在保证用户体验的前提下。动态的关闭/开启载频，以降低能量消耗。3、自适应负载均衡负载均衡技术能保证网络负载在基站在各个波段间达到均衡,静态负载均衡技术是通过把每个新接入终端分配到某些载波上来实现的。但由于应用数据流变化的突发性，静态负载均衡不能再短时间内实现负载均衡，因此不能满足本专利的需要。而自适应负载均衡技术使接入网根据载波负载情况、终端流组成和终端能力来给每个接入终端分配载波。通过自适应的负载均衡，可以保证在基站节能的过程中，用户在载波间灵活转接并均匀分配负载。4、异频硬切换技术在基站的节能过程中，会根据基站的流量对载波进行动态的开启和关闭，这就需要让用户在载波间进行切换。目前多载波间的异频硬切换技术应用是相当普遍的，保证载波间切换健壮性的策略和过程本质上是软切换所使用的策略的扩展，只是通过适当调整来解决由于多载波产生的问题。异频硬切换技术具体过程如下:UE工作在频点Fl，在MAHHO过程中，首先由BS发起CFSRQM(候选频率搜索请求消息参数)，带候选频点搜索参数。UE发回CFSRSM (候选频率搜索应答消息)确认；BS通过CFSCNM (候选频率搜索命令消息)命令UE按照设定的搜索参数搜索选频点F2，UE在转到频点F2时，将中断与频点Fl的联系UE通过CFSRPM (候选频率搜索报告消息)报告搜索结果BS通过GHDM (硬切换)命令MS切换到频点F2【附图说明】图1是本专利技术【具体实施方式】中节能方案具体流程图。【具体实施方式】在进行节能过程中，我们要保证某一基站的负载不超过其自身容量极限的α，某一载频上的负载不超过其自身容量的β (0&l本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于载波的无线通信系统节能方案，其特征包括以下步骤：?A.基站的负载信息统计，和基站的部署拓扑关系；?B.根据基站的负载情况判定所需要的基站数目；?C.如果关闭了某个基站，运行自适应负载均衡技术，将关闭基站上的用户和负载转移到开启的基站上，保证负载在各基站上分布均衡。?D.如果开启了某个基站，运行自适应负载均衡技术，将负载均匀的分布到各个基站中，保证负载在各基站上分布均衡。

【技术特征摘要】
1.一种基于载波的无线通信系统节能方案，其特征包括以下步骤:A.基站的负载信息统计，和基站的部署拓扑关系；B.根据基站的负载情况判定所需要的基站数目；C.如果关闭了某个基站，运行自适应负载均衡技术，将关闭基站上的用户和负载转移到开启的基站上，保证负载在各基站上分布均衡。D.如果开启了某个基站，运行自适应负载均衡技术，将负载均匀的分布到各个基站中，保证负载在各基站上分布均衡。2.根据权利I所要求的一种基于载波的无线通信系统节能方案，其特征在于，步骤B中判断网络所需要的最小基站数目，需要进行以下步骤当网络的负载低于峰值的3β时，可以关闭四分之一的基站；当网络的负载低于峰值的2β时，可以关闭二分之一的基站；当网络的负载低于峰值的β时，可以关闭四分之三的基站当网络的负载流量从β上升到β + Υ时，整个网络需开启四分之二的基站；当网络的负载流量从2 β上升到2 β+2 Y上时，整个网络需开启四分之三的基站；当网络的负载流量从3β上升到3β+3Y上时，整个网络需开启全部基站。3.根据权利I所要求的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓佳君，路兆铭，温向明，廖青，赵振民，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：