異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中一種基于節(jié)能的基站休眠方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種用于三層異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的基站休眠方案，屬于移動通信技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著4G網(wǎng)絡(luò)的部署和使用，5G已成為業(yè)界的研究重點，為了滿足大容量的需求， 5G系統(tǒng)將會是由大小不同、類型不同的多層異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)組成的。然而近些年來通信和信 息技術(shù)（ICT)的飛速發(fā)展直接導(dǎo)致了移動通信系統(tǒng)的功耗增大，同時也意味著產(chǎn)生更多的 二氧化碳，因此在滿足不斷增長的通信業(yè)務(wù)需求的同時，如何提升蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的能效已 成為當(dāng)前研究所需要解決的一個重要問題。
[0003] 在異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，小基站（微基站、微微基站、家庭基站）的位置一般都是隨機 的，使用傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)模型分析異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的性能已經(jīng)變得過于理想化。在近期的移 動通信研究中一個更實用的基于隨機幾何理論的網(wǎng)絡(luò)模型得到了廣泛應(yīng)用，這就是用齊次 泊松點過程表示基站的位置。
[0004] 在移動通信系統(tǒng)中，基站的功耗占據(jù)了系統(tǒng)的功耗的絕大部分。特別是在系統(tǒng)通 信數(shù)據(jù)量很低的時候，例如夜間，系統(tǒng)內(nèi)所有基站全工作會造成很大的能源浪費。為了解決 系統(tǒng)功耗問題，實現(xiàn)綠色通信，近些年來出現(xiàn)了各種基站休眠方法。但是基于泊松點過程對 三層乃至多層異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基站休眠方法的研究還有待拓展。本發(fā)明借助隨機幾何知 識，在三層異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中確定一種最佳的基站休眠方案，建立系統(tǒng)功耗優(yōu)化問題，從而使 系統(tǒng)達(dá)到綠色節(jié)能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種用于三層異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于節(jié)能的基站休 眠方法，它根據(jù)系統(tǒng)中斷概率和用戶上行發(fā)射功率的要求，選擇最佳的基站休眠方式，使系 統(tǒng)達(dá)到最大的功耗增益。
[0006] 技術(shù)方案：本發(fā)明中針對三層異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)場景，基于隨機幾何理論推導(dǎo)了由宏 基站、微基站以及微微基站組成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)中斷概率，在用戶上行發(fā)射功率和系統(tǒng) 中斷概率的限制下，構(gòu)建了系統(tǒng)功耗優(yōu)化問題，提出了綠色節(jié)能的基站休眠方案，獲得了滿 足系統(tǒng)中斷概率要求的最優(yōu)基站休眠數(shù)和發(fā)射功率。
[0007] 該方法包括：
[0008] a)三層異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)由宏基站、微基站和微微基站組成，它們的空間位置分別用 參數(shù)為入1、入2、入 3的齊次泊松點過程〇1、(1)2、〇)3表示，宏基站、微基站和微微基站的信道 發(fā)射功率分別表示為Pi、P 2、P3;
[0009] b)為了實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能，在滿足一定系統(tǒng)中斷概率的前提下，采取關(guān)閉部分宏基站， 再增開部分微基站和微微基站的基站休眠方法；假設(shè)宏基站的休眠概率為1_β，增開微基 站和微微基站，由初始狀態(tài)的密度λ 2、λ 3變?yōu)棣?2+ λ 2'、λ 3+ λ 3'，調(diào)節(jié)宏基站的信道發(fā)射 功率，由初始狀態(tài)的P1變?yōu)镻 / ; _〇] C)定義系統(tǒng)功耗Esleep為：Esleep= β λ Jy1NP，i+P^ + UW，2) U2NP2+P2，s) + (λ3+λ'3)(Y3NP3+P3， s)，其中N為基站提供的信道數(shù)目，P1，s為宏基站的線 路功率，P 2 s為微基站的線路功率，P3 s為微微基站的線路功率，Y 宏基站傳輸功率的系 數(shù)，Y2為微基站傳輸功率的系數(shù)，Y 3為微微基站傳輸功率的系數(shù)；
[0011] d)確定優(yōu)化問題為采取基站休眠方案后的系統(tǒng)功耗Es1mp最小，同時保證系統(tǒng)中 斷概率不變，即
【主權(quán)項】
1.異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中一種基于節(jié)能的基站休眠方法，其特征在于包括以下步驟： a) 三層異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)由宏基站、微基站和微微基站組成，它們的空間位置分別用參數(shù) 為X^A2、A3的齊次泊松點過程O^ 02、表示，宏基站、微基站和微微基站的信道發(fā)射 功率分別表示為Pi、P2、P3; b) 在滿足一定系統(tǒng)中斷概率的前提下，采取關(guān)閉部分宏基站，再增開部分微基站和微 微基站的基站休眠方法；假設(shè)宏基站的休眠概率為1-0，增開微基站和微微基站，由初始 狀態(tài)的密度入 2、入3變?yōu)槿?+入2'、入3+入 3'，調(diào)節(jié)宏基站的信道發(fā)射功率，由初始狀態(tài)的Pi 變?yōu)镻/ ; c)定義系統(tǒng)功耗Esleep為：Esleep= U2NP2+P2，S) +U3+入3'）（Y3NP3+P3，S)，其中N為基站提供的信道數(shù)目，P1;s為宏基站的線路 功率，P2，s為微基站的線路功率，P3，s為微微基站的線路功率，Yi為宏基站傳輸功率的系數(shù)， Y2為微基站傳輸功率的系數(shù)，Y3為微微基站傳輸功率的系數(shù)； d) 確定優(yōu)化問題為采取基站休眠方案后的系統(tǒng)功耗Esl_最小，同時保證系統(tǒng)中斷概 率不變，S卩
，用戶上行發(fā)射功率小于最大值Prap，其中a為路徑 衰減因子； e) 將系統(tǒng)功耗優(yōu)化問題分解為四個局部優(yōu)化問題，并對這四個優(yōu)化問題分別求解， 若優(yōu)化問題有解則記為31=[3 1，？'1，1，人，21，人，31]，無解則記為5；=0，其中1 = 1,2, 3,4 ； f) 對所述步驟e)中確定的四種情況的最優(yōu)解，選取系統(tǒng)功耗Eslralrl小的值所對應(yīng) 的基站休眠方案作為系統(tǒng)的最佳基站休眠方案，即
，其中
g) 實施最佳基站休眠方案，令宏基站工作概率為0 %并增開微基站和微微基站，使它 們的部署密度為入2+入2''入3+入 3'％調(diào)節(jié)宏基站的信道發(fā)射功率為P/%在保證系統(tǒng)中斷 概率不變的同時又滿足用戶上行發(fā)射功率閾值，實現(xiàn)系統(tǒng)綠色節(jié)能。
【專利摘要】本發(fā)明提供了異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中一種基于節(jié)能的基站休眠方法，它根據(jù)系統(tǒng)的中斷概率和用戶的上行發(fā)射功率采取最佳的基站休眠方案；在三層異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)場景下，采用泊松點過程部署宏基站、微基站以及微微基站，利用隨機幾何理論推導(dǎo)出系統(tǒng)中斷概率和用戶上行發(fā)射功率；構(gòu)建系統(tǒng)功耗優(yōu)化問題，令部分宏基站進入休眠狀態(tài)并增開微基站和微微基站以及調(diào)節(jié)宏基站發(fā)射功率，獲得最大的系統(tǒng)功耗增益。
【IPC分類】H04W52-02
【公開號】CN104581904
【申請?zhí)枴緾N201410818117
【發(fā)明人】朱琦, 陳瑩, 朱洪波, 楊龍祥
【申請人】南京郵電大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月24日