专利名称：实现负载均衡的功率控制方法
技术领域：
本发明涉及的是一种无线通信技术领域的方法，具体是一种实现负载均衡的功率 控制方法。
背景技术：
随着移动通信网络的迅猛发展，网络多媒体业务不断涌现，人们对接收移动多媒 体业务提出了更高的要求。有些移动多媒体业务要求多个用户能同时接收相同数据，如 视频点播，电视广播，视频会议，网上教育和互动游戏等。移动多媒体业务与其他数据业务 (如短消息，收发电子邮件，WAP (Wireless Application Protocol，无线应用协议)，JAVA 浏览等)相比，具有数据量大，持续时间长，对时延敏感等特点。针对多媒体业务的这一特 点，同时，为了有效地利用移动网络资源，需要在移动网络中提供一个数据源向多个用户 发送数据的点到多点业务，实现网络资源共享，提高网络资源，尤其是空口接口资源利用 率。3GPP(The 3rd GenerationPartnership Project，第三代合作伙伴计划)标准化组织 在 UMTS (Universal MobileTelecommunications System，通用移动通信系统)中就提出了 针对多媒体业务的解决方案，采用一种点对多点的网络通信方式，称为多媒体广播多播业 务，可以大大的节约网络带宽。在移动网络LTE (Long Term Evolution，长期演进)演进的 过程中，3GPP在R8版本中提出EPS (Evolved Packet System，演进分组系统)，同时，针对 MBMS (Multimedia Broadcast MulticastService，多媒体广播 / 组播业务)也提出 了相应 的改进。多媒体广播多播业务是一个单向承载业务，相同的数据从一个数据源传给多个接 收方。小区中所有的用户可以共享信道资源，所以更多的能量需要分配给MBMS传输信道以 保证小区边缘的用户接收服务的质量。因此，对基站的发射功率要求很大。同时，由于多播 广播传输覆盖的小区范围是确定的，不能像单播传输一样根据信道情况采用功率控制。对 于基站来说，发射功率是有限的资源，当网络中接收相同MBMS业务的用户数很少，相对于 单播传输方式，多播传输方式就造成了很大的功率资源浪费。未来的移动通信网络将趋于多元化，作为3GPP网络，UMTS与EPS的融合将是一种 必然趋势。同时，带有各种网络接口的移动终端的发展使其可以在基于3GPP的蜂窝网络间 自由选择。对于MBMS，可以通过异构网络间的资源合理分配来达到网络性能的优化。经对现有技术文献的检索发现，A. Alexious等在《Proceedings of IEEE International Symposium on a World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks (W0WM0M' 07)，PP. 1-8, Espoo, Finland, June 2007》上发表的题为 “A Power Control Scheme for Efficient Radio BearSelection in MBMS (针对MBMS业务有效的无 线承载选择的功率控制策略)”论文中，提出了一种在MBMS (多媒体广播/组播业务)架构 下有效传输信道选择的功率控制策略，根据小区内功率消耗情况选择可以使基站发射功率 降低的传输信道。当用户数较少时，分别建立多个单播承载消耗功率较低。随着用户数的增 加，采用多播传输信道传输功率消耗更低。但是该技术只是在单一 UMTS内针对MBMS的承载选择的功率控制策略，没有给出多个提供MBMS的异构网络共存时多播承载的选择策略， 且网络的功率消耗很大。又经检索发现，发表在《Communications，2005.ICC 2005. 2005 IEEE InternationalConference on Volume 2，16_20May 2005Page (s) :1372_1377 Vol. 2》上的 文章"Multicast bearerselection in heterogeneous wireless networks (异构无线网 络中的多播承载选择)”，提出在多接入的无线网络异构情况下多播业务的最优承载路径选 择问题。根据用户偏好和资源利用率等不同优化目标选择合适的多播承载。但该技术只建 立多播承载，没有结合基站的发射功率消耗因素，因此，没有解决多播传输中承载传输模式 的选择问题，使得网络的功率消耗很大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种实现负载均衡的功率控制 方法。本发明中当异构网络中的用户提出MBMS接入申请，优先选择使异构网络整体功率消 耗最低的服务网络接入及承载方式选择，当用户的位置发生移动的时候，根据功率消耗情 况，EPS与UMTS通过协作对负载进行网络间重新分配及承载方式的重新选择，使网络功率 消耗明显降低；且采用多模用户终端作为异构网络间的中继，实现网络间信息的交互。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤步骤一，设定UMTS和EPS的融合模型，根据网络所覆盖的区域将网络区域划分为 UMTS区域、EPS区域和UMTS、EPS重叠区域。步骤二，当用户提出接收MBMS业务申请时，进行用户所处网络区域判断，得到用 户此时所处的网络区域。所述的用户所处网络区域判断，是用户检测到所有提供MBMS业务的网络，并检 测到每种网络信号的强度，其中强度最大的网络信号所在的区域就是用户所处的网络区 域。步骤三，根据用户所处的网络区域，进行接入网选择处理和承载模式调整处理，得 到用户的接入网和基站提供MBMS业务的承载模式。所述的接入网选择处理，是当用户所处的网络区域是UMTS或EPS单网络服务区 域时，用户直接接入该网络；当用户所处的网络区域是UMTS与EPS的重叠区域且只有一个 网络采用多播传输承载模式传输该MBMS业务时，则用户直接接入该网络，否则，用户接入 其中信号强度较高的网络。所述的承载模式调整处理，是当基站当前提供MBMS业务是多播承载模式时，接 入网允许用户直接加入该业务组，且仍然采用多播承载模式为用户提供MBMS;当基站当前 提供MBMS业务是单播承载模式，且建立单播承载所需要的基站总发射功率大于设定的阈 值Ck时，则该网络仍然采用单播承载模式为用户提供MBMS，否则，该网络改用多播承载模式 为用户提供MBMS。所述的建立单播承载所需要的基站总发射功率，是
其中Lp,i = 128. 1+37. 61ogl0 (cQ，PT,k是第k个用户的建立单播承载所需要的基站总发射功率，PN是噪声功率，PP是 公共信道的功率，P是取值在0-1之间的干扰因子，Rb,i是第i个用户的传输速率，W是带宽， (Eb/Xh是第i个用户信噪比，Lp,i是第i个用户的路径损耗，屯是第i个用户与基站的距 离，屯的单位为千米，n是用户的总数。步骤四，处于重叠区域的用户在选择网络接入的同时，实时对非接入网络进行检 测，当发现非接入网络是采用多播承载模式传输MBMS时且该网络的基站发射总功率小于 接入网络的基站发射总功率时，用户从现在的接入网络切换为非接入网络，切换后重新进 行承载模式调制处理。步骤五，当用户移动位置发生改变时，重新进行用户所处网络区域判断，得到用户 此时所处的网络区域。步骤六，当用户此时接入的网络不满足用户的QoS要求时，按照步骤三的方法，重 新进行接入网选择处理和承载模式调整处理；当用户此时接入的网络满足用户的QoS要求 时，处于单网络服务区域的用户不作调整，处于重叠网络服务区域的用户按照步骤四的方 法进行调整。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果针对移动通信发展中UMTS及EPS进 行的网络融合，综合单播承载模式和多播承载模式，在用户较多的情况下，通过网络间协作 充分利用无线及网络资源，大大降低了网络的功率消耗。
图1是实施例UMTS与EPS异构示意图；图2是实施例建立单播承载基站的发射功率与距离关系示意图；图3是实施例建立单播承载时基站的发射总功率与接入用户数的关系示意图；图4是分别采用实施例方法和随机接入策略的网络功率消耗对比图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下 述的实施例。实施例本实施例的具体参数如下城市宏蜂窝环境，基于单蜂窝的3GPP网络，UMTS与EPS 网络半径均为1000m，网络重叠区域距离为800m。其中基站最大发射功率PMax = 43dBm,干扰因子P = 0. 5，热噪声Nq = -174dBm/HZ,公共控制信令功率Pp = 30dBm,网络带宽W = 5MHZ，业务供应商为所有用户提供的MBMS的传输速率均为Rb = 64kbps，多播传输时用户 的QoS要求为BLER = 1%,相应基站覆盖整个网络的发射功率为36dBm，单播传输时用户的 E
QoS要求为# = 5皿如图1所示为本实施例场景中UMTS与EPS异构示意图，其中用虚线圈出初始时 重叠区域中用户的接入网络选择。当网络中用户较少时，UMTS与EPS均采用单播模式为用 户提供MBMS，此时，基站的功率消耗最小。本实施例具体包括如下步骤步骤一，设定UMTS和EPS的融合模型，根据网络所覆盖的区域将网络区域划分为 UMTS区域、EPS区域和UMTS、EPS重叠区域。步骤二，当用户提出接收MBMS业务申请时，进行用户所处网络区域判断，得到用 户此时所处的网络区域。所述的用户所处网络区域判断，是用户检测到所有提供MBMS业务的网络，并检 测到每种网络信号的强度，其中强度最大的网络信号所在的区域就是用户所处的网络区 域。步骤三，根据用户所处的网络区域，进行接入网选择处理和承载模式调整处理，得 到用户的接入网和基站提供MBMS业务的承载模式。所述的接入网选择处理，是当用户所处的网络区域是UMTS或EPS单网络服务区 域时，用户直接接入该网络；当用户所处的网络区域是UMTS与EPS的重叠区域且只有一个 网络采用多播传输承载模式传输该MBMS业务时，则用户直接接入该网络，否则，用户接入 其中信号强度较高的网络。所述的承载模式调整处理，是当基站当前提供MBMS业务是多播承载模式时，接 入网允许用户直接加入该业务组，且仍然采用多播承载模式为用户提供MBMS;当基站当前 提供MBMS业务是单播承载模式，且建立单播承载所需要的基站总发射功率大于设定的阈 值Ck时，则该网络仍然采用单播承载模式为用户提供MBMS，否则，该网络改用多播承载模式 为用户提供MBMS。所述的建立单播承载所需要的基站总发射功率，是
公式一)其中Lp,i = 128. 1+37. 61ogl0 (d》，(公式二 )PT,k是第k个用户的建立单播承载所需要的基站总发射功率，PN是噪声功率，PP是 公共信道的功率，P是取值在0-1之间的干扰因子，Rb,i是第i个用户的传输速率，W是带宽， (Eb/Xh是第i个用户信噪比，Lp,i是第i个用户的路径损耗，屯是第i个用户与基站的距 离，屯的单位为千米，n是用户的总数。
步骤四，处于重叠区域的用户在选择网络接入的同时，实时对非接入网络进行检 测，当发现非接入网络是采用多播承载模式传输MBMS时且该网络的基站发射总功率小于 接入网络的基站发射总功率时，用户从现在的接入网络切换为非接入网络，切换后重新进 行承载模式调制处理。步骤五，当用户移动位置发生改变时，重新进行用户所处网络区域判断，得到用户 此时所处的网络区域。步骤六，当用户此时接入的网络不满足用户的QoS要求时，按照步骤三的方法，重 新进行接入网选择处理和承载模式调整处理；当用户此时接入的网络满足用户的QoS要求 时，处于单网络服务区域的用户不作调整，处于重叠网络服务区域的用户按照步骤四的方 法进行调制。当基站采用点对多点的多播承载模式提供MBMS时，其基站发射功率为恒定值，覆 盖整个网络，网络覆盖内的所有用户都可以接收该MBMS，该恒定发射功率值由基站的覆盖 范围、传输时间间隔TTI、MBMS的传输速率Rb及QoS(BLER)决定。本实施例中TTI = 20ms, Rb = 64kbps, BLER = 1 %，基站多播承载模式时的发射功率为常量4w。根据(公式一)和 (公式二)，可得到建立单播承载时，基站发射功率与屯的关系。 当MBMS的传输速率Rb = 64kbps，用户的QoS要求为# = 5逝时A、基站建立单播承载所需发射功率与用户终端与基站距离关系示意图如图2所 示，从图2中可以看出随着用户与基站距离的的增加，基站的发射功率也随之增加，当用户 在网络边缘时，基站的发射功率接近0. 05W ；B、基站建立单播承载发射总功率随用户与基站距离及接入用户数的变化示意图 如图3所示，图3分别给出了用户与基站距离为0. 2km, 0. 5km及1km时，基站发射总功率随 用户数变化的情况。在用户与基站距离为1km时，大约在接入用户达到28个时，基站的承 载模式从单播转为多播。分别采用本实施例方法和现有的随机接入策略的网络功率消耗对比图如图4所 示，从图4中可见当网络中用户很少(低于60个)时，UMTS与EPS都采用单播模式提供 MBMS，此时功率控制策略略优于本实施例方法，但是随着接入用户数的增加，当某个网络传 输模式转换为多播承载模式时，本实施例方法要明显优于随机接入策略。
权利要求
一种实现负载均衡的功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤步骤一，设定UMTS和EPS的融合模型，根据网络所覆盖的区域将网络区域划分为UMTS区域、EPS区域和UMTS、EPS重叠区域；步骤二，当用户提出接收MBMS业务申请时，进行用户所处网络区域判断，得到用户此时所处的网络区域；步骤三，根据用户所处的网络区域，进行接入网选择处理和承载模式调整处理，得到用户的接入网和基站提供MBMS业务的承载模式；步骤四，处于重叠区域的用户在选择网络接入的同时，实时对非接入网络进行检测，当发现非接入网络是采用多播承载模式传输MBMS时且该网络的基站发射总功率小于接入网络的基站发射总功率时，用户从现在的接入网络切换为非接入网络，切换后重新进行承载模式调制处理；步骤五，当用户移动位置发生改变时，重新进行用户所处网络区域判断，得到用户此时所处的网络区域；步骤六，当用户此时接入的网络不满足用户的QoS要求时，按照步骤三的方法，重新进行接入网选择处理和承载模式调整处理；当用户此时接入的网络满足用户的QoS要求时，处于单网络服务区域的用户不作调整，处于重叠网络服务区域的用户按照步骤四的方法进行调整。
2.根据权利要求1所述的实现负载均衡的功率控制方法，其特征是，所述的用户所处 网络区域判断，是用户检测到所有提供MBMS业务的网络，并检测到每种网络信号的强度， 其中强度最大的网络信号所在的区域就是用户所处的网络区域。
3.根据权利要求1所述的实现负载均衡的功率控制方法，其特征是，所述的接入网选 择处理，是当用户所处的网络区域是UMTS或EPS单网络服务区域时，用户直接接入该网 络；当用户所处的网络区域是UMTS与EPS的重叠区域且只有一个网络采用多播传输承载模 式传输该MBMS业务时，则用户直接接入该网络，否则，用户接入其中信号强度较高的网络。
4.根据权利要求1所述的实现负载均衡的功率控制方法，其特征是，所述的承载模式 调整处理，是当基站当前提供MBMS业务是多播承载模式时，接入网允许用户直接加入该 业务组，且仍然采用多播承载模式为用户提供MBMS ；当基站当前提供MBMS业务是单播承载 模式，且建立单播承载所需要的基站总发射功率大于设定的阈值Ck时，则该网络仍然采用 单播承载模式为用户提供MBMS，否则，该网络改用多播承载模式为用户提供MBMS。
5.根据权利要求4所述的实现负载均衡的功率控制方法，其特征是，所述的建立单播 承载所需要的基站总发射功率，是 PT,k是第k个用户的建立单播承载所需要的基站总发射功率，PN是噪声功率，PP是公 共信道的功率，P是取值在0-1之间的干扰因子，Rb,i是第i个用户的传输速率，W是带宽， (Eb/Xh是第i个用户信噪比，Lp,i是第i个用户的路径损耗，屯是第i个用户与基站的距 离，屯的单位为千米，n是用户的总数。
全文摘要
一种无线通信技术领域的实现负载均衡的功率控制方法，包括以下步骤划分网络区域；判断用户此时所处的网络区域；进行接入网选择处理和承载模式调整处理；处于重叠区域的用户实时对非接入网络进行检测，当发现非接入网络是采用多播承载模式传输MBMS时且该网络的基站发射总功率小于接入网络的基站发射总功率时，进行网络切换和承载模式调制处理；当用户移动位置发生改变时，重新进行用户所处网络区域判断；当用户此时接入的网络不满足用户的QoS要求时，重新进行接入网选择处理和承载模式调整处理，当满足时，处于重叠网络服务区域的用户进行相应调整。本发明在用户较多的情况下，充分利用无线及网络资源，大大降低了网络的功率消耗。
文档编号H04W28/08GK101877829SQ201010204538
公开日2010年11月3日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者丁犇, 俞晖, 应凯, 王辉, 罗汉文 申请人:上海交通大学