家庭基站网络中一种考虑时延差异的高能效频谱分配方案的制作方法
【专利摘要】本发明给出了一种家庭基站异构网络中考虑业务时延需求差异的高能效频谱分配方案，适用于家庭基站固定最大发射功率并且跟宏基站采用正交频谱共享方式的网络场景，方案包括：根据家庭基站中存在大量数据业务而宏基站中存在大量语音业务分析二者业务存在的时延差异，分析业务时延跟所需频谱的关系，通过延长家庭基站用户的时延来改变频谱分配方式，根据家庭基站跟宏基站分配到的频谱推导出网络中所有基站的总功率表达式，在保证所有用户的时延都满足最大容忍时延的前提下，以最小化所有基站总功率为目标，提出采用粒子群优化算法求解家庭基站用户时延以及对应的频谱分配方式。该频谱分配方案有效降低了网络中的能量消耗。
【专利说明】家庭基站网络中一种考虑时延差异的高能效频谱分配方案
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信领域，特别涉及家庭基站跟宏基站共存的双层异构网络中的高能效频谱分配方案。
【背景技术】
[0002]近年来，随着移动通信的飞速发展，用户对通信的需求正在逐渐发生改变。一方面，用户对数据速率的需求不断提高，同时，网络中的业务类型从传统单一的话音业务向多媒体业务发展，这就给原本紧缺的频谱资源带来了更大的挑战；另一方面，用户越来越倾向于室内通信，据统计，目前大约有70%的移动数据业务发生在家庭或办公室的室内环境，在未来这个比例将达到90%甚至更高。为了满足用户的需求，同时降低运营商的部署成本，用户以及运营商越来越倾向于广泛部署家庭基站。家庭基站又被称作家庭基站、飞蜂窝，是一种覆盖范围小、发射功率低、价格相对便宜的小型基站，一般部署在家庭、办公室以及一些热点场景来提高网络覆盖范围以及容量。从业务类型角度分析，家庭基站中的业务多为时延不敏感的数据业务，而宏基站中则广泛存在实时性要求较高的语音业务，因此在处理资源分配以及功率控制等问题时需要充分考虑不同业务时延需求差异带来的影响。
[0003]家庭基站跟宏基站共存的场景主要有以下几个方面需要考虑:首先，家庭基站可以选择固定的最大发射功率或者家庭基站通过对网络干扰的感知而自适应的调制最大发射功率；其次，家庭基站可以和宏蜂窝网络使用正交的频谱，也即家庭基站可以工作在自己独立的信道上，或者家庭基站可以选择和宏蜂窝系统共享频谱资源，工作在宏蜂窝网络的共享信道上；最后对于家庭基站既可以选择公共的接入方式也可以选择私有的接入方式，私有的接入方式意味着家庭基站只能为指定的用户组服务，不允许其它未授权的用户接入家庭基站中。
[0004]尽管单个家庭基站的功耗很小，但是其庞大的数量却使得家庭基站对网络能耗带来了很大的挑战。根据小区论坛2012年12月份公布的最新数据，仅2012年一年全球部署的家庭基站消耗的电量就高达1.05亿度，这些电量在产生过程中会伴随205万吨的C02排入大气中。因此，从降低运营成本以及保护环境、节约资源的角度来讲在家庭基站网络中进行节能资源的研究都迫在眉睫。
[0005]针对家庭基站固定最大发射功率并且跟宏基站采用正交频谱共享方式的网络场景，本发明提出了一种新的频谱分配方案，方案充分考虑到家庭基站和宏基站中业务的时延需求差异，在保证所有用户的时延都小于最大容忍时延的前提下，通过延长FUE的时延来减少家庭基站所需带宽，因此宏基站能够获得更多可用频谱从而减少发射功率。此外，方案利用粒子群优化算法对最优时延以及对应的频谱分配方式进行求解以此来最小化网络总功率。现有通过频谱分配来降低网络总功率的方案都没有考虑这种时延需求差异，因此，本发明能够取得比现有方案更好的节能效果。本发明既适用于家庭基站采用公共接入也适用于家庭基站采用私有接入的场景。
【发明内容】
[0006]在家庭基站固定最大发射功率并且跟宏基站采用正交频谱共享方式的网络场景中，为了降低网络总功率同时保证所有用户的时延小于最大容忍时延，本发明提出了一种新的频谱分配方案，所含技术包括:
[0007]—种考虑业务时延需求差异的高能效频谱分配方案，包括:
[0008]分析业务时延跟所需带宽的关系，包括分析M / G / I排队论模型下业务时延跟数据速率之间的关系以及分析速率跟带宽之间的关系。
[0009]根据家庭基站所需带宽确定宏基站分配到的带宽，在保证宏基站速率不变时确定网络总功率的表达式。
[0010]以最小化网络总功率为目标，在保证FUE的时延小于最大容忍时延的前提下，利用粒子群优化算法求解FUE的时延以及对应的最优频谱分配方式。
[0011]本发明实施例提供的技术方案的有益效果是:
[0012]通过这种考虑时延需求差异的频谱分配方案，一方面保证了所有用户的时延都在可接受的范围之内，另一方面降低了网络中所有基站的总功率，能够实现节能的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1:本发明实施例提供的网络场景。
[0014]图2:本发明实施例提供的频谱分配方式。
[0015]图3:本发明实施例的主要思想。
[0016]图4:本发明实施例提供的算法流程图。
【具体实施方式】
[0017]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作一步地详细描述。
[0018]本发明实施例的场景如图1所示，图中宏基站部署在小区中心为整个小区提供服务，家庭基站作为补充手段部署在热点地区来增强覆盖。根据3GPP对LTE(L0ng TermEvolution,长期演进计划)的规定，所有的话音业务都以VolP(Voice over InternetProtocol，网络电话)的形式在网络中传输。图中MUE代表宏基站用户，MUE为以话音业务为主的用户且MUE的少量数据业务通过宏基站完成；FUE代表家庭基站用户，FUE中以低时延敏感度的数据业务为主且FUE的话音业务通过宏基站完成。宏基站采用功率控制保证用户的传输速率恒定，家庭基站采用采用DTX (Discontinuous Transmission,不连续发送)，当有数据需要传输时家庭基站使用最大发射功率进行发送，当没有数据传输时家庭基站关闭所有射频单元此时发射功率为零。
[0019]本发明实施例中的频谱分配方式如图2所示，图中家庭基站跟宏基站之间采用正交频谱分配方式以尽量减小二者之间的干扰。家庭基站的发射功率较低因此相互之间的干扰较小，所有家庭基站可以采用相同的频谱。
[0020]本发明实施例中方案的主要思想如图3所示，由于家庭基站中存在大量时延不敏感的数据业务，可以适当增加这些业务的时延从而减小家庭基站所需频谱，这会带来两种结果:首先，宏基站可用频谱增加，在保持宏基站数据速率不变的情况下宏基站发射功率会降低；其次，家庭基站中数据传输时间增长，在DTX传输模式下家庭基站的平均功率增加。综合考虑上述两方面，家庭基站存在一个最佳时延并对应一种最佳频谱分配方案，从而使得网络总功率最小。
[0021]实施例
[0022]参见图4，本发明实施例提供了一种考虑业务时延需求差异的高能效频谱分配方案，包括:
[0023]S100，分析M / G / I排队模型中包到达率、包长对时延和数据速率产生的影响从而建立时延跟速率之间的关系式。
[0024]S200，分析家庭基站中业务时延跟所需传输带宽的关系。
[0025]S300，分析网络总功率跟频谱分配方式之间的关系，网络总功率包括所有家庭基
站功率跟宏基站功率。
[0026]S400，利用粒子群优化算法求解FUE的时延以及对应的频谱分配方式从而使网络总功率最低，同时保证所有用户的时延小于最大容忍时延。
[0027]在本发明实施例中，SlOO包括:
[0028]家庭基站中的数据业务可以建模为M / G / I排队过程，即用户按泊松分布到达，服务时间为任意长具有单服务台的排队系统。该模型中网络的时延厂可以表示为:
【权利要求】
1.家庭基站网络中一种考虑时延差异的高能效频谱分配方案，适用于家庭基站固定最大发射功率并且跟宏基站采用正交频谱共享方式的网络场景，其特征在于，包括: SI，分析M / G / I排队模型中包到达率、包长对时延和数据速率产生的影响从而建立时延跟速率之间的关系式； S2，分析家庭基站中业务时延跟所需传输带宽的关系； S3,分析网络总功率跟频谱分配方式之间的关系，网络总功率包括所有家庭基站功率跟宏基站功率； S4，利用粒子群优化算法求解FUE的时延以及对应的频谱分配方式从而使网络总功率最低，同时保证所有用户的时延小于最大容忍时延。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤SI中所述分析M/ G / I排队模型中包到达率、包长对时延和数据速率产生的影响从而建立时延跟速率之间的关系式，包括: 家庭基站中的数据业务可以建模为M / G / I排队过程，即用户按泊松分布到达，服务时间为任意长具有单服务台的排队系统。该模型中网络的时延T可以表示为:
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中分析家庭基站中业务时延跟所需传输带宽的关系，包括:
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中所述网络总功率跟频谱分配方式之间的关系包括:
P=Pm+NPave (7) 其中，Pm表示宏基站发射功率，Pf表示家庭基站平均发射功率，N表示家庭基站数量。 宏基站的发射功率为
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中所述利用粒子群优化算法求解FUE的时延以及对应的频谱分配方式，包括粒子群优化算法中的参数选择、粒子速度和位置的更新、个体最优点以及群体最优点的选择以及获得最优传输时延和频谱分配方式。
【文档编号】H04W16/32GK103476034SQ201310410839
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】王国祥 申请人:王国祥