綠色通信中小區縮放技術概述

張海清

摘 要：在傳統的蜂窩網絡中，蜂窩小區的大小通常是根據對業務負載流量的估計而固定下來的。然而，蜂窩網絡的業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，這給蜂窩網絡的規劃和管理帶來了機遇和挑戰。本文介紹了一種可以根據業務負載流量、用戶需求以及用戶信道狀態信息自適應調整小區大小的小區縮放技術，并研究了物理調整、基站協作、中繼、基站休眠等實現小區縮放的一些方法。

關鍵詞：業務負載；小區縮放；基站休眠；基站協作

在最近幾十年里，隨著各種無線接入技術的出現和成熟，無線蜂窩網絡得到迅速發展，蜂窩網絡中的用戶數目和負載流量也呈爆發式增長。網絡管理者總是盡其所能的想要在更經濟的前提下滿足用戶的需求。在每個小區中，基站向移動用戶發送公共控制信號和數據信號。小區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域。在網絡規劃階段，小區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 小區縮放的概念

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

2 小區縮放的技術

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

物理調整：網絡設置的物理參數調整有助于實現小區縮放，小區可以通過增加發射功率來放大，反之亦然。而且，基站天線的高度和角度調整也可以用來實現小區的縮放。這樣的調整需要額外的機器設備的幫助。

基站休眠：當基站處于休眠狀態時，基站中的空調和其他能量消耗設備也可以關閉?；拘菝呖梢源罅拷档头涓C網絡中的能量消耗。在這種情況下，基站休眠的小區可以看出做縮小為零，從而其臨近小區放大來保證覆蓋范圍。如圖4所示，當中心小區的用戶比較少時，可以使中心小區的基站處于休眠狀態，休眠小區的用戶由周圍相鄰的基站進行服務。

3 小區縮放的優點

小區縮放有很多有優點，首先，小區縮放可以將流負載較大的小區中的流量轉移到負載較小的小區中，從而實現負載平衡。其次，小區縮放可以用于能量節省。不同于負載平衡的使用，小區縮放可以在負載足夠低時將將小區縮小至零。一些基站進入休眠狀態，相應的臨近小區擴大來保證覆蓋范圍。因此，小區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省，是一個具有挑戰性的問題。

5 結語

在本文中，小區縮放的概念被提出來，它可以根據業務負載流量的波動性動態地調整小區大小。小區縮放不僅可以解決負載的不平衡，而且減少了蜂窩小區的能量消耗。通過物理調整、基站合作和中繼等技術可以用來實現小區縮放。小區縮放算法在負載較低時也可以節省大量的能量，可以在經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. 協同多點傳輸中迫零預編碼和天線選擇技術[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[J].無線通信和移動計算應用2015， 15（3）：552–560.