一种基于感知无线电的基站调控方法及系统

1.本发明属于蜂窝移动通信系统基站节能技术领域，具体涉及一种基于感知无线电的基站调控方法及系统。


背景技术：

2.近年来，随着全球对碳排放越来越关注，5g基站的耗能也成为运营商和设备制造商在实现”碳达峰、碳中和”行动中的亟待解决的关键问题。针对这一问题，研究者们给出了符号关断、通道关断和载波关断等技术，但这些技术所需要的决策方法还不够完善。
3.现有方案主要依赖于两种方式：
4.1.基于小区间信息交互的节能策略选择
5.这种策略主要应用于小区关断的节能方式，通过小区间负载或者业务特征的交互、小区间重叠覆盖度信息交互，针对负载低或者当前覆盖区域满足某种特征，基于某种关断小区选择原则，选择小区进行关断，当关断条件不满足时，再选择小区进行激活。
6.这种方案的优点：基于一片区域的状态进行区域性节能策略选择，考虑了整体的能效优化问题；同时因为选择了小区关断，基于当前硬件技术，该方案能够提供更深的关断效果，以达成最大节能收益。
7.这种方案的缺点：小区间信息交互存在一定的时延，尤其是共覆盖信息不易获取，对于节能策略的实施存在一定的滞后性和偏差；同时因为信息交互的问题，易造成通信中断，同时带来终端用户的体验下降。
8.2.基于小区自主的节能策略选择
9.这种方式主要应用于以小区为单位的节能策略选择，如通道关断、符号关断等。小区自主基于一定负载或者业务状态，选择激活通道关断策略或符号关断策略，以得到节能效果。
10.这种方案的优点：小区不需要与其他小区进行信息交互，仅需要对自身的工作状态进行检测，通过优化算法就可以决定选择什么关断策略；
11.这种方案的缺点：基于当前的硬件，符号关断以及通道关断的节能效果差于载波关断；其中通道关断因为波束赋形的原因还可能带来覆盖的下降，进而导致终端用户业务体验的下降。


技术实现要素：

12.本发明的目的在于提供本一种基于感知无线电的基站调控方法及系统，以克服现有技术蜂窝移动通信系统中异构网络场景下，宏微基站信息交互开销大，时延大，影响节能策略实施效果以及用户体验的问题，本发明通过对当前网络工作频段上的信号进行感知和处理，以降低网络能耗，同时保证用户体验。
13.一种基于感知无线电的基站调控方法，包括以下步骤：
14.s1，对本区域可用于移动通信的各工作频点进行信号感知；
15.s2，对信号感知得到的无线信号进行信息提取处理；
16.s3，根据信息提取处理得到的信息进行决策，得到基站的具体调控策略。
17.优选的，通过建立感知基站获取本区域用于移动通信的各工作频点的可用频谱信息。
18.优选的，感知基站接入单个运营商和或多运营商中心控制节点，通过运营商配置得到运营商可用频谱信息；
19.感知基站读取所在区域已有基站的广播消息，从广播消息中获取可用频谱信息；
20.感知基站内置移动通信信号特征库，通过对不同频谱上信号特征的监听，同时与信号特征库进行匹配，得到可用频谱信息。
21.优选的，感知基站进行发送信号监测的对象包括终端用户和基站设备。
22.优选的，感知基站对可用频谱信息进行无线信号感知，包括：频谱能量感知、信号时频特征感知、信号空域特征感知、信号发出对象感知，和或不同发送信号的空时频特征感知。
23.优选的，通过可用频谱信息上的基站以及用户发射能量检测，获取终端用户和基站设备的距离分布统计或瞬时信息；
24.通过可用频谱上的无线信号时频特征，获取对应频谱上的负载状态统计或瞬时信息；
25.通过可用频谱上的无线信号空域特征，获取终端用户和基站设备的空间分布统计或瞬时信息。
26.优选的，基于感知基站的信号感知，同时需要对感知基站自身状态信息进行采集。
27.优选的，基于终端用户和基站用户的能量信息以及负载信息，以及自身当前的状态信息，以及能效评估，决策是否激活或去激活载波；
28.基于终端用户和基站用户的能量信息以及负载、用户基站分布信息，以及自身当前的状态信息，以及能效评估，决策是否激活或去激活已经激活的载波上的通道，以选择合适的覆盖波束；
29.基于终端用户和基站用户的能量信息以及负载、用户基站分布信息，以及自身当前的状态信息，以及能效评估，决策所激活载波和通道上的发射功率配置。
30.一种基于感知无线电的基站调控系统，包括信号感知模块、信号预处理模块和调控模块；
31.信号感知模块用于对本区域可用于移动通信的各工作频点进行信号感知；
32.信号预处理模块，用于对信号感知得到的无线信号进行信息提取处理；
33.调控模块，根据信息提取处理得到的信息进行决策，得到基站的具体调控策略。
34.优选的，基于终端用户和基站用户的能量信息以及负载信息，以及自身当前的状态信息，以及能效评估，决策是否激活或去激活载波；
35.基于终端用户和基站用户的能量信息以及负载、用户基站分布信息，以及自身当前的状态信息，以及能效评估，决策是否激活或去激活已经激活的载波上的通道，以选择合适的覆盖波束；
36.基于终端用户和基站用户的能量信息以及负载、用户基站分布信息，以及自身当前的状态信息，以及能效评估，决策所激活载波和通道上的发射功率配置。
37.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
38.本发明一种基于感知无线电的基站调控方法，通过对本区域可用于移动通信的各工作频点进行信号感知；对信号感知得到的无线信号进行信息提取处理；根据信息提取处理得到的信息进行决策，得到基站的具体调控策略，通过在当前网络的基础上，对异构网络中的微站增加频谱感知功能，通过该感知对工作频谱上的信号进行感知、处理，进行节能策略决策，能够实现网络能耗降低，能效抬升，同时保证用户体验。
39.优选的，基于终端用户和基站用户的能量信息以及负载信息，以及自身当前的状态信息，以及能效评估，决策是否激活或去激活载波，能够达到最大节能收益的同时避免了信息交互的中断。
40.基于终端用户和基站用户的能量信息以及负载、用户基站分布信息，以及自身当前的状态信息，以及能效评估，决策是否激活或去激活已经激活的载波上的通道，以选择合适的覆盖波束，响应及时，以最合适的覆盖波束进行覆盖，实现了节能优化目的。
附图说明
41.图1是本发明实施中具有感知基站的蜂窝移动通信网络结构图；
42.图2是本发明实施中节能策略流程图；
43.图3是本发明实施中频谱环境感知流程图；
44.图4是本发明实施中感知基站节能策略决策流程图；
45.图5是本发明实施中感知基站基于用户分布和业务占空比进行激活方式选择的流程图。
具体实施方式
46.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
47.本发明一种基于感知无线电的基站调控方法，包括以下步骤：
48.s1，对本区域可用于移动通信的各工作频点进行信号感知；
49.本技术通过建立感知基站获取本区域用于移动通信的各工作频点的可用频谱信息；
50.感知基站接入单个运营商和或多运营商中心控制节点，通过运营商配置得到运营商可用频谱信息；
51.感知基站读取所在区域已有基站的广播消息，从广播消息中获取可用频谱信息；
52.感知基站内置移动通信信号特征库，通过对不同频谱上信号特征的监听，同时与信号特征库进行匹配，得到可用频谱信息。
53.感知基站进行发送信号监测的对象包括终端用户，包括但不限于：移动终端、固定终端；
54.基站设备，包括但不限于：传统基站、具有感知功能的同类型基站、中继站。
55.感知基站对可用频谱信息进行无线信号感知，包括：
56.频谱能量感知，即对频谱上的电平进行感知，和或；
57.信号时频特征感知，即对感知信号进行时频域处理，获取信号在时频域上的功率特征，和或；
58.信号空域特征感知，即对感知信号进行空域处理，获取信号在空间上的角度特征，和或；
59.信号发出对象感知，即对感知信号进行特征学习，识别信号发出的对象，和或；
60.不同发送信号的空时频特征感知，即基于信号空时频特征感知，以及发送信号对象感知，获取不同对象的空时频域信号特征。
61.s2，对信号感知得到的无线信号进行信息提取处理；
62.通过可用频谱信息上的基站以及用户发射能量检测，获取终端用户和基站设备的距离分布统计或瞬时信息；
63.通过可用频谱上的无线信号时频特征，获取对应频谱上的负载状态统计或瞬时信息；
64.通过可用频谱上的无线信号空域特征，获取终端用户和基站设备的空间分布统计或瞬时信息。
65.基于感知基站的信号感知，同时需要对感知基站自身状态信息进行采集；
66.感知基站自身状态信息包括：当前是否激活；
67.当前是否有载波激活；
68.当前通道激活状态，即通道数激活状态，覆盖波束激活状态；
69.当前激活的载波上负载状态；
70.当前激活载波上的用户分布信息。
71.s3，根据信息提取处理得到的信息进行决策，得到基站的具体调控策略。
72.a)基于终端用户和基站用户的能量信息以及负载信息，以及自身当前的状态信息，以及能效评估，决策是否激活或去激活载波；
73.b)基于终端用户和基站用户的能量信息以及负载、用户基站分布信息，以及自身当前的状态信息，以及能效评估，决策是否激活或去激活已经激活的载波上的通道，以选择合适的覆盖波束；
74.c)基于终端用户和基站用户的能量信息以及负载、用户基站分布信息，以及自身当前的状态信息，以及能效评估，决策所激活载波和通道上的发射功率配置。
75.通过无线感知基站对无线信息的感知和处理能力，检测周围环境的无线频谱使用情况，通过感知和数据处理，进行节能策略选择的决策；结合附图对本技术的具体实施例进行详细描述：
76.如图1所示：
77.s1是感知基站进行频谱信息感知的方法和过程，流程如图2所示。具体步骤如下：
78.1)s1.1：首先判断当前感知基站是否是上电后首次进行频谱感知：
79.a、若是，进入s1.1.1：感知基站基于内置的工作频点列表，基于每个频点所支持的无线接入技术，按标准协议中终端用户接入网络前的测量方式对每个频点进行测量，获取该频点的工作状态。
80.其中，内置工作频点列表可以通过以下方式实现：
81.a，感知基站有所属运营商，运营商将其运营频点写入感知基站；
82.b，感知基站所支持的无线接入技术在该地区所能使用的频点。
83.测量方式：基于标准定义的每种无线接入技术中广播消息以及导频信号的读取方式，获取每个频点的使用信息。获取信息包括：
84.a，每个频点是否使用，对gsm/umts/lte/nr都适用；
85.b，工作带宽，对lte/nr适用；
86.c，天线端口数，对lte/nr使用；
87.d，导频信号强度，对所有无线接入技术均适用，其中信号强度低于一定门限的频点(可设置为-130dbm)可认为是未使用频点。
88.对能获取到相关信息的频点标记为在用频点，并将在s2中进行更细粒度的信息获取，未获取到相关信息的频点标记为未使用频点。
89.b、若不是，则进入s1.1.2：判断是否进入全量检测的周期。全量检测周期可设置为天级或周级或更长的时间范围，用于更新大颗粒度的网络频点使用状态；
90.a，若是，则进入s1.1.1；
91.b，若不是，则进入s1.2：对s1.1.1记录的在用频点进行s1.1.1的信息更新。
92.s2是对s1中监测到的在用频点进行更细粒度的信息收集。收集每个频点的信息包括：
93.1，下/上行信道频率占空比：
94.以下行信道频率占空比计算方法为例：
[0095][0096]
其中
[0097]
t为单位测量时间，可取ms，t为测量周期，可取s
[0098]
单位频率资源为：gsm可为载波，umts/lte/nr可为prb；
[0099]
有信号发送的定义：rsrp》-115dbm；
[0100]
2，下/上行信道时间占空比：
[0101]
以下行信道时间占空比计算方法为例：
[0102][0103]
其中
[0104]
下行信道频率占空比对比值可取5％，即若t测量周期内，频率平均占空比大于5％，则认为t周期内信道被占用：
[0105]
信道频率占空比大于特定值的时刻和+1(3)
[0106]
t1可以是分钟级。
[0107]
3，下行信道rsrp：表征被测基站到感知基站的信号强度；
[0108]
4，下行信道测量：对于lte或nr设备，可以通过对下行导频信道端口的信道测量获
取信道和等效信道的多径信息；
[0109]
5，上行rsrp测量：表征接入到被测基站的终端用户到感知基站的信号强度，可以测量srs，或者dmrs。
[0110]
s3是感知基站对收集到的无线信息进行处理的过程；包括以下步骤：
[0111]
a，通过上/下行时间/频率占空比，获取对应频点的忙闲程度；判定对应频点为忙的条件是：
[0112]
max(上行负载，下行负载)》高负荷门限(4)
[0113]
其中上下行负载计算方法相同，以下行负载计算为例：
[0114]
a，平均值法：周期t1内下行负载＝mean(t时段内的下行信道频率占空比)(5)
[0115]
b，alpha滤波法：t时刻下行负载＝(t-1)时刻下行负载*(1-α)+α*t时刻下行信道频率占空比(6)；
[0116]
b，通过下行导频测量获取被测量基站到感知基站的信道信息h
bb
；
[0117]
c，通过上行信号强度测量确定当前由被测基站服务的终端用户中是否有适合感知基站服务的终端用户，判决条件为测量到的上行信号强度是否有大于服务电平门限的样本，其中，上行信号强度可以是不同频率单位上(如prb或在pbg)电平值，也可以是全带宽上有占用频率资源上的平均电平值，测量周期为t；
[0118]
d，对于不同频率资源上的上行信号的信道信息进行测量，同时对信道信息进行聚类，以获取用户分布特征，以及对应不同分布上信道特征
[0119]
步骤s4是感知基站基于s2-s3中收集的所有已用频点信息以及自身状态，选择感知基站节能策略的决策方法。具体流程如图4所示。步骤如下：
[0120]
s4.1：首先判断已用频点上是否有频点超过高负荷门限，高负荷门限可设置为该频点最大负荷的60％；
[0121]
1，若没有，则进入s4.2：判断感知基站自身可用载波上的负载是否低于激活门限(设置为该载波最大负荷的30％)，其中感知基站可用载波为s1中定义的可用频点列表中，接收到的功率rsrp《-130dbm的频点；
[0122]
a，若不是，则进入s4.2.1：感知基站进入节能模式，节能模式可以按如下顺序：
[0123]
a，如果有多载波，去激活最低负载的载波，流程同s4.2.2；
[0124]
b，若仅剩单载波，且激活通道数大于最低通道门限(设置为4)，则去激活部分通道(减为原来的1/2，或根据服务用户分布去激活部分通道)；
[0125]
c，若仅剩单载波且激活通道数为最低通道门限，且发射功率高于最低发射功率(设置为30dbm)，则以step＝3dbm进行降功率操作；
[0126]
d，若仅剩单载波且激活通道数为最低通道门限且发射功率已至最低发射功率，则进入s4.3.1.1：维持当前状态。
[0127]
b，若是，则进入s4.2.2：感知基站启动休眠模式：若有连接态用户再触发连接态用户的切换，否则启动去激活；
[0128]
2，若有，进入s4.3：判断感知基站自身可用载波上的负载状态是否低于高负荷门限(可以设置为该载波最大负荷的60％)；
[0129]
a，若不是，则进入s4.3.1：判断当前感知基站是否充分激活；
[0130]
a，若是，则进入s4.3.1.1：维持当前状态；
[0131]
b，若不是，进入s4.4；
[0132]
b，若是，则进入s4.4：通过上行电平和用户分布处理(s3)，判断有高负荷出现的频点是否有可吸收的用户分布；
[0133]
a，若没有，则进入s4.3.1.1：维持当前状态；
[0134]
b，若有，则进入s4.5，基于感知可吸收的用户分布业务占空比选择更充分的激活方式。
[0135]
业务占空比基于信道和电平特征，选择对应的样本，按s2中的方式进行计算。基于对应用户分布的占空比，按图5所示的流程进行激活方式尝试：
[0136]
s4.5.1：找到感知基站负载最低的可用载波；
[0137]
s4.5.2：判断该载波是否已充分激活，充分激活判定条件为：发射功率已调至最大，发射通道已全部激活；
[0138]
a，若是，则s4.5.2.1：从候选载波列表中删除；
[0139]
b，若不是：则判断s4.5.3：该载波上发射功率是否已到最大值(可设置为39dbm)；
[0140]
a，若不是，则s4.5.3.1：将发射功率上调1个step；
[0141]
b，若是，则将该载波上激活的发射通道数增加一倍；
[0142]
s4.6：判断感知基站是否激活；
[0143]
若激活，则进入s4.6.2：激活该感知基站，基于所选策略发送广播消息；
[0144]
若未激活，则进入s4.6.1：基于所选策略更新系统消息，并发送。
[0145]
本发明通过在当前网络的基础上，对异构网络中的微站增加频谱感知功能，通过该感知基站对工作频谱上的信号进行感知、处理，进行节能策略决策，如激活、激活部分通道、去激活、去激活部分通道等操作，实现网络能耗降低，能效抬升，同时保证用户体验。