綠色通信中小區(qū)縮放技術(shù)概述

張海清

摘 要：在傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，蜂窩小區(qū)的大小通常是根據(jù)對業(yè)務負載流量的估計而固定下來的。然而，蜂窩網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務負載流量在空間和時間上具有很大的不均勻性和波動性，這給蜂窩網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和管理帶來了機遇和挑戰(zhàn)。本文介紹了一種可以根據(jù)業(yè)務負載流量、用戶需求以及用戶信道狀態(tài)信息自適應調(diào)整小區(qū)大小的小區(qū)縮放技術(shù)，并研究了物理調(diào)整、基站協(xié)作、中繼、基站休眠等實現(xiàn)小區(qū)縮放的一些方法。

關(guān)鍵詞：業(yè)務負載；小區(qū)縮放；基站休眠；基站協(xié)作

在最近幾十年里，隨著各種無線接入技術(shù)的出現(xiàn)和成熟，無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)得到迅速發(fā)展，蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的用戶數(shù)目和負載流量也呈爆發(fā)式增長。網(wǎng)絡(luò)管理者總是盡其所能的想要在更經(jīng)濟的前提下滿足用戶的需求。在每個小區(qū)中，基站向移動用戶發(fā)送公共控制信號和數(shù)據(jù)信號。小區(qū)的大小被定義為移動用戶可以從基站接收到控制信號的區(qū)域。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段，小區(qū)的大小和容量通常是基于高峰負載的估計而固定下來的。

1 小區(qū)縮放的概念

在本文中，我們提出一種新的可以根據(jù)流量情況自適應調(diào)整小區(qū)大小的小區(qū)縮放的概念。小區(qū)縮放有平衡負載流量和節(jié)省能量消耗的潛力。圖1是一個典型的蜂窩網(wǎng)絡(luò)部署示意圖，由七個六邊形的小區(qū)組成。一個中心小區(qū)周圍有六個小區(qū)，基站位于每個小區(qū)的中心。移動用戶均勻分布在每個小區(qū)中。如圖2所示，當一些用戶進入中心小區(qū)使得中心小區(qū)很擁擠，中心小區(qū)可以減小自己的尺寸從而減小擁擠度。相反的如圖3所示，如果一些用戶離開中心小區(qū)，從而導致臨近小區(qū)擁擠，臨近小區(qū)可以縮小自己的大小，同時中心小區(qū)放大自己的尺寸，從而避免任何可能的覆蓋漏洞。如果臨近小區(qū)有很大的容量從而沒有必要縮小自己的小區(qū)大小，中心小區(qū)也可以選擇休眠從而減少能源的消耗。在這種情況下，臨近小區(qū)也可以放大自己的小區(qū)大小從而保證覆蓋范圍，或者通過協(xié)作的方式為剩下的用戶提供服務。

2 小區(qū)縮放的技術(shù)

許多技術(shù)可以用于小區(qū)的縮放。一個簡單而且直觀的方法是調(diào)整物理參數(shù)，例如基站的發(fā)射功率。除了物理的調(diào)整之外，其他的一些技術(shù)也可以用于小區(qū)縮放。下面將會討論用于小區(qū)縮放的技術(shù)細節(jié)。

物理調(diào)整：網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的物理參數(shù)調(diào)整有助于實現(xiàn)小區(qū)縮放，小區(qū)可以通過增加發(fā)射功率來放大，反之亦然。而且，基站天線的高度和角度調(diào)整也可以用來實現(xiàn)小區(qū)的縮放。這樣的調(diào)整需要額外的機器設(shè)備的幫助。

基站休眠：當基站處于休眠狀態(tài)時，基站中的空調(diào)和其他能量消耗設(shè)備也可以關(guān)閉。基站休眠可以大量降低蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的能量消耗。在這種情況下，基站休眠的小區(qū)可以看出做縮小為零，從而其臨近小區(qū)放大來保證覆蓋范圍。如圖4所示，當中心小區(qū)的用戶比較少時，可以使中心小區(qū)的基站處于休眠狀態(tài)，休眠小區(qū)的用戶由周圍相鄰的基站進行服務。

3 小區(qū)縮放的優(yōu)點

小區(qū)縮放有很多有優(yōu)點，首先，小區(qū)縮放可以將流負載較大的小區(qū)中的流量轉(zhuǎn)移到負載較小的小區(qū)中，從而實現(xiàn)負載平衡。其次，小區(qū)縮放可以用于能量節(jié)省。不同于負載平衡的使用，小區(qū)縮放可以在負載足夠低時將將小區(qū)縮小至零。一些基站進入休眠狀態(tài)，相應的臨近小區(qū)擴大來保證覆蓋范圍。因此，小區(qū)縮放可以分散負載以達到負載平衡，也可以集中負載進行能量節(jié)省。在這兩種情況下，資源都會被分配以滿足流量分布，然而，負載的傳遞方向是相反的。決定什么時間分散負載以達到負載平衡和什么時間集中負載以達到能量節(jié)省，是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。

5 結(jié)語

在本文中，小區(qū)縮放的概念被提出來，它可以根據(jù)業(yè)務負載流量的波動性動態(tài)地調(diào)整小區(qū)大小。小區(qū)縮放不僅可以解決負載的不平衡，而且減少了蜂窩小區(qū)的能量消耗。通過物理調(diào)整、基站合作和中繼等技術(shù)可以用來實現(xiàn)小區(qū)縮放。小區(qū)縮放算法在負載較低時也可以節(jié)省大量的能量，可以在經(jīng)濟有效的情況下達到綠色通信的目的。

參考文獻：

[1] 孟超， 梁天， 李欣，等. 協(xié)同多點傳輸中迫零預編碼和天線選擇技術(shù)[J]. 中國科學：信息科學， 2013， 43（6）：798-809.

[2] 亞伯拉罕，波佩斯庫D C，多布雷O A聯(lián)合波束成形和功率控制在下行鏈路多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)[J].無線通信和移動計算應用2015， 15（3）：552–560.