[发明专利]面向能量节约的基站功率控制和用户关联的联合优化方法

说明书

本发明公开了一种面向能量节约的基站功率控制和用户关联的联合优化方法，包括以下步骤：1)考虑异构蜂窝网络中下行传输场景的基站功率控制和用户关联，获取用户在位置x接入基站i的信干噪比γ_i(x,η)，再根据香农公式获取在负载为η的条件下用户在位置x接入基站i的传输速率c_i(x,η)；2)根据步骤1)得到信干噪比γ_i(x,η)以及传输速率c_i(x,η)得关于负载η的函数；3)根据步骤2)得到的优化目标的优化问题；4)将步骤3)得到的优化问题分解为用户关联问题及功率控制问题，求解所述用户关联问题及所述功率控制问题，得最优发射功率p^t*，基站根据所述最优发射功率p^t*向用户进行信息的发送。本发明使能量消耗、用户总延时和网络覆盖的用户比重达到折中。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种面向能量节约的基站功率控制和用户关联的联合优化方法。

背景技术

智能终端的普及和各种应用的出现，移动数据流量呈现爆炸性增长。为了满足用户的流量需求，运营商在宏基站的基础上部署了更多的小型基站，形成了多层蜂窝网络。因为在此场景中，不同类型的基站的覆盖范围、管理方式和部署形式都有所不同，所以这种多层蜂窝网络又被称为异构蜂窝网络。这些小型基站分布在流量需求较大的热点区域和宏基站信号较弱的室内区域，增加了蜂窝网的覆盖范围和系统容量，满足了用户的流量需求。

然而小型基站的广泛部署带来了能量消耗的急剧增加，增大了运营商的运营开销。不仅如此，能量消耗的增加使全球二氧化碳的排放量增加，加剧了温室效应。为了减轻信息通信产业对环境的影响，同时降低运营商的运营开销，学术界和产业界已经展开对“绿色通信”的研究。绿色通信一方面利用太阳能、风能等绿色能源为基站供电，另一方面关注于根据流量的空间和时间变化开启或关闭相应基站以减少能量消耗。蜂窝网中大约有60-80％的能量消耗在基站侧，因此减少基站的能量消耗对提高整个网络的能量效率有重大意义。运营商通常按照峰值流量需求部署基站，而整个网络的流量随着时间和空间不断变化，因此在任意时刻，总有一些基站的负载较低。基站内有大约70％的能量消耗在功率放大器和空调上，而这些能量消耗与负载无关。因此在流量需求较低的时段(如凌晨)关闭部分低负载基站，使其进入休眠状态，可以极大地减少整个网络的能量消耗。

基站开关策略一方面需要降低基站的能量消耗，另一方面需要满足用户需求。用户需求包含两个方面：对接入的需求和对吞吐量的需求。接入的需求指用户能够接入某个基站，即用户对某个基站的接收信号强度大于某个阈值。吞吐量的需求指用户得到的吞吐量能够满足业务需求。这两个方面的需求与基站的发射功率密切相关。基站的发射功率不但决定了基站的工作状态(开启和休眠)，而且决定了蜂窝网的覆盖范围和容量。因此基站开关策略不但要确定哪些基站休眠，而且要确定开启的基站的发射功率，在满足用户需求的条件下最小化整个网络的能量消耗。

基站开关策略与流量的空间分布密切相关。在某个特定的时刻，整个网络的流量分布并不均匀。一般情况下，在白天时段，工作地点和商业区的流量大于住宅区的流量，而夜晚正好相反。运营商通过研究历史流量分布规律，可以大致估计未来一天内每个小时的流量的空间分布，将这些信息用于基站开关策略，有助于提高网络的配置速度和可控性。

基站的能量消耗不仅与各部件的功率有关，而且与基站的负载有关。基站的负载(在区间[0,1]内)表示基站长期的工作负荷，负载越大，表明基站工作的时间越长，无线发射端消耗的能量越大。用户与基站的关联规则决定了各个基站的负载，因此在基站休眠问题中不仅要考虑开关哪些基站和相应的发射功率，而且要考虑用户与基站的关联规则。