CN102421172B - 基站及节约基站能耗的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种新的基站、用户设备及节约基站能耗的方法。根据本发明，当基站检测到一时间段内没有用户服务，关闭其发射机，接收机保持打开状态，基站进入休眠状态；当所述基站接收到唤醒信号，打开发射机，基站进入唤醒状态。该方法在没有用户服务的时候关闭发射机节约能耗，当有用户进入时候又智能触发唤醒基站。

Description

基站及节约基站能耗的方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术，尤其涉及移动通信网络中的基站、用户设备及节约基站能耗的方法。
背景技术
今天能量消耗对于经济和环境都有重要影响。随着移动设备和基站的大量增加，碳产生和能源费用成为运营商不可忽视的运营开销，从而导致对于能耗降低的迫切需求。
在移动通信网络，基站需要大量的能耗，对运营成本和环境带来了很大的影响，从而降低基站能耗也在节能中排在重要的位置。举例来说，一个普通的基站能耗是1000w，用户设备能通过休眠方式降低能耗，但是基站和用户设备不一样，基站的发射机和接收机一直保持开的状态。在不同时间段基站的业务流量变化很大，在深夜业务流量很小而且集中在少数几个基站上，甚至在某一段时间内一些基站都没有业务流量。但是即使没有(活动的)用户服务，基站还是必须保持发射机和接收机常开状态，导致不必要的能量消耗。
同样的问题对于小小区(例如中继站、微小区、家庭基站等)来说更加严重。以家庭基站(Femto)为例，通常只有很少的用户被Femto服务。用户白天可能上班，这样可能整个白天时间家庭基站都没有用户服务。同样，深夜的时候用户访问的概率也很低。家庭基站服务用户的机会很低，但是还得保持发射机和接收机常开状态。
因为要确保用户设备能获得必要的控制信息完成正常网络进入和切换，家庭基站不得不总是发射控制信息，即使是没有用户服务时候。这里控制信息包括：SCH(物理同步控制信道)、PCFICH(物理控制格式指示信道)、PBCH(物理广播信道)等。同样地，家庭基站不得不保持接收机常开状态，因为可能有用户在RACH信道接 入。发射机的能量消耗比接收机要大得多。
针对家庭基站能耗降低已知的最佳解决方法是周期性睡眠和唤醒。也就是，在没有用户服务的时候家庭基站周期性地关掉发射机，一段时间后再打开。在唤醒期间，家庭基站发射必要的控制信号，以完成用户进入和切换。如果没有用户进入和切换，家庭基站再次进入休眠周期。该方法能节约家庭基站的能耗，但是有一些缺点：
1，如果为了节省较多的能耗将睡眠周期配置很长，这样用户设备不得不等待很长时间才能接入或者发送数据。较长的等待时延可能导致接入失败。
2，即使很长时间没有用户服务(例如一整天)，家庭基站不得不周期性地唤醒。通常来说睡眠时间不能配置太长，以避免较长的用户等待时间或者接入失败。这样家庭基站不得不频繁地唤醒，导致不必要的能量浪费。
3，如果用户从服务小区切换到一个休眠的家庭基站，会导致很严重的时延。除了休眠周期终止之外没有任何机制可以唤醒休眠家庭基站。
发明内容
为解决现有技术中的上述缺点，本发明提出了一种新的基站、用户设备及节约基站能耗的方法。根据本发明，当基站检测到一时间段内没有用户服务，关闭其发射机，接收机保持打开状态，基站进入休眠状态；当所述基站接收到唤醒信号，打开发射机，基站进入唤醒状态。该方法在没有用户服务的时候关闭发射机节约能耗，当有用户进入时候又智能触发唤醒基站。
具体的，根据本发明的一个实施方式，提供一种节约基站能耗的方法，当基站检测到一时间段内没有用户服务，关闭其发射机，接收机保持打开状态，基站进入休眠状态；当所述基站接收到唤醒信号，打开发射机，基站进入唤醒状态。
根据本发明的一个可选实施例，基站接收到的唤醒信号为来自用户设备的上行触发唤醒信号。
根据本发明的一个可选实施例，基站接收到的上行触发唤醒信号以预先定义的频率和序列发送。
根据本发明的一个可选实施例，基站接收到的上行触发唤醒信号强度大于一个预先设定的触发唤醒信号门限值。
根据本发明的一个可选实施例，基站在休眠状态下监测到邻小区上行信号强度大于一个预先设定的门限值，打开发射机，基站进入唤醒状态；唤醒信号为所述邻小区的其信号强度大于一个预先设定的门限值的上行信号。
根据本发明的一个可选实施例，基站在休眠状态收到来自相邻基站的唤醒信号，打开发射机，基站进入唤醒状态；相邻基站检测到用户设备的链路质量低于一个预先设定的第一链路质量门限值，发送唤醒信号。
根据本发明的一个可选实施例，相邻基站根据其链路质量低于一个预先设定的第一链路质量门限值的用户设备的位置信息，向用户设备靠近的休眠基站发送唤醒信号。
根据本发明的一个可选实施例，来自相邻基站的唤醒信号经X2接口到所述基站。
根据本发明的一个可选实施例，唤醒信号为来自相邻基站的用户设备的上行触发唤醒信号；所述相邻基站检测到其用户设备的链路质量低于一个预先设定的第二链路质量门限值，所述相邻基站通知所述其用户设备发出所述上行触发唤醒信号。
根据本发明的一个可选实施例，基站和/或相邻基站为家庭基站、中继站、微小区站，或者宏基站。
根据本发明的一个实施方式，提供一种节约能耗的基站，该基站包括：
发射装置，用于向用户设备发射信号；
接收装置，用于接收唤醒信号以及来自用户设备的上行信号；
检测装置，用于根据接收装置以及发射装置的输出信号，检测是否有用户服务；并且，用于根据接收装置的输出信号检测是否接收到唤醒信号；
计时装置，用于根据检测装置的输出信号，统计无用户服务的时间；
开关装置，用于打开或关闭发射装置，当计时装置统计的无用户服务的时间达到一个设定的时间门限值，开关装置关闭发射装置，基站工作在休眠状态；当检测装置检测到唤醒信号，开关装置打开发射装置，基站工作在唤醒状态。
根据本发明的一个可选实施例，唤醒信号为来自用户设备的上行触发唤醒信号。
根据本发明的一个可选实施例，上行触发唤醒信号以预先定义的频率和序列发送。
根据本发明的一个可选实施例，上行触发唤醒信号强度大于一个预先设定的触发唤醒信号门限值。
根据本发明的一个可选实施例，接收装置接收的唤醒信号为来自邻小区的信号强度大于一个预先设定的门限值的上行信号。
根据本发明的一个可选实施例，接收装置接收的唤醒信号是来自相邻基站的唤醒信号。
根据本发明的一个可选实施例，唤醒信号是由相邻基站经X2接口发送到基站的接收装置。
根据本发明的一个可选实施例，接收装置接收的唤醒信号是来自相邻基站的用户设备的上行触发唤醒信号。
根据本发明的一个可选实施例，接收装置接收处理用户设备的上行信号后输入到检测装置，检测装置检测所述用户设备的链路质量低于一个预先设定的第一链路质量门限值，发射装置产生一个唤醒信号并发送到相邻的休眠基站。
根据本发明的一个可选实施例，基站进一步还包括一个位置估计装置，用来估计用户设备的位置信息；发射装置根据用户设备的位 置信息，将唤醒信号只发送到所述链路质量低于一个预先设定的链路质量门限值的用户设备靠近的相邻休眠基站。
根据本发明的一个可选实施例，基站通过X2接口将唤醒信号发送到相邻基站。
根据本发明的一个可选实施例，基站进一步包括资源调度装置，当所述接收装置接收处理用户设备的上行信号后输入到检测装置，检测装置检测用户设备的链路质量低于一个预先设定的第二链路质量门限值后，资源调度装置调度用户设备发送上行唤醒触发信号并保留资源用于用户设备发送唤醒触发信号。
根据本发明的一个实施方式，提供一种用户设备，包括一个信号产生发送装置，用以产生上行唤醒触发信号并发送上行唤醒触发信号。
根据本发明的一个可选实施例，还包括一个检测装置，用以检测服务基站；检测装置的结果输出到所述信号产生装置，当检测装置未检测SINR大于一个预定门限值的服务基站，所述信号产生发送装置打开，产生上行唤醒触发信号并发送。
根据本发明的一个可选实施例，信号产生发送装置在用户设备进入网络后就打开，直接发出上行唤醒触发信号。
根据本发明的一个可选实施例，用户设备还包括一个接收装置，用以接收基站的调度信息；当接收装置接收到所述调度信息后，所述信号产生发送装置打开，产生上行唤醒触发信号并发送。
根据本发明的一个可选实施例，上行触发唤醒信号以预先定义的频率和序列产生并发送。
根据本发明，当家庭基站没有活动用户服务的时候，关闭发射机以降低家庭基站的能量消耗，同时不影响用户网络进入和网络切换，使得家庭基站的能耗相比现有的技术大大降低。
附图说明
通过以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面了解，本发明的其他目的和效果将变得更加清楚和易于理解，其中：
图1表示根据本发明的实施方式的用户设备进入网络的过程示意图。
图2表示根据本发明的实施方式的基站结构示意图。
图3a，3b，3c表示根据本发明的实施方式的用户设备结构示意图。
在所有的上述附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
以下结合附图具体描述本发明的实施方式。
图1给出了根据本发明的实施方式的用户设备进入网络的过程示意图。该实施例可适用于家庭基站，中继站、微小基站，或者宏基站等及其服务的用户设备。下面以家庭基站为例进行详细说明。首先，在步骤S101，家庭基站检测是否有活动用户设备，当发现本小区中持续一段时间没有活动的用户，它会关闭发射机以节约能耗，此时基站进入休眠状态；接收机保持常开，休眠基站保持上行搜索状态，为可能的用户接入保持持续搜索。可选地，基站可在不同的载波搜索触发信号。在步骤S102，当用户设备网络进入时，用户设备首先按照正常流程搜索合适的同步信令，例如主同步序列PSS/辅助同步序列SSS；如果用户设备未检测到SINR大于一个预定门限值的服务基站，在步骤S103该用户设备就会发出一个上行触发唤醒信号，以唤醒可能处于睡眠状态的基站。该上行触发唤醒信号的频率和序列事先配置好，并且对于基站和用户设备都是已知的。因为处于休眠状态的基站保持持续上行搜索状态，因此在步骤S104，当基站接收到一个上行触发唤醒信号并且检测到触发信号的强度大于一个预先设定的门限值，在步骤S105，该基站被唤醒，进入唤醒状态，就会打开发射机，在步骤S106，基站发射下行控制信号如PSS/SSS， PBCH、PCHICH等。接着在步骤S107，用户设备获得同步信号和必要的***信息，然后按照标准流程完成网络进入。
可选地，用户设备可以在一开机时候就发出唤醒触发，省略上述步骤S102的搜索过程，有利于减少网络接入时延。
当用户设备从相邻小区移动到已经休眠的基站时候，需要一些新的机制以唤醒休眠基站让用户设备完成邻小区测量和切换。下面详细描述根据本发明的三个唤醒休眠基站让用户设备完成邻小区测量和切换的实施例。
实施例1，基站在检测唤醒信号同时也监控邻小区上行信号强度。可选的，如果基站和邻小区工作在不同载波，该基站需要在邻小区的载频上监控邻小区上行信号强度。如果基站发现邻小区上行信号强度大于一个预先设定的门限值，就判断某个/某些用户设备处于小区边缘且具有切换到本小区的潜在可能。这时该基站就被唤醒，打开发射机并发送控制信号用于邻小区用户设备测量以及切换。
实施例2，如果服务基站检测到某些用户设备非常低的链路质量，其链路质量低于一个预先设定的门限值，该基站可以唤醒相邻的休眠基站以便让低链路质量的用户设备的进行切换。该信息交互可通过X2接口。可选地，该基站能够知道低链路质量用户设备的粗略位置信息，如通过3GPP支持的定位功能，这样它可以只通知并唤醒与该用户设备靠近的休眠基站；休眠基站通过X2接口接收到来自相邻基站的唤醒信号，就判断有相邻基站的用户设备需要切换到本基站，于是就打开发射机，进入唤醒状态以便上述相邻基站的低链路质量的用户设备切换到本基站。
实施例3，如果一个用户设备处于低链路质量情况下，并且其链路质量低于一个预先设定的门限值，该用户设备的服务小区可以调度该用户设备发送一个上行触发唤醒信号，服务小区保留资源用于用户设备发送唤醒触发；这时相邻的休眠基站接收到来自邻小区用户设备的上行触发唤醒信号并且检测到触发信号的强度大于一个预先设定的门限值，，于是就打开发射机，进入唤醒状态以便上述相 邻基站的低链路质量的用户设备切换到本基站。
图2给出根据本发明的实施方式的基站结构示意图。基站200包括检测装置201，计时装置202，开关装置203，接收装置204，发射装置205。
具体的，基站200开启，各装置初始化后进入正常工作状态，发射装置205用于向用户设备发射信号；接收装置204用于接收来自用户设备的上行信号；检测装置201，被配置为用于检测是否有用户服务；是否有用户服务可以根据接收装置和发射装置是否有上下行数据传输来判断，或者根据其他判断准则，这不影响本发明的保护范围；检测装置201的一个输出端连接到计时装置202，计时装置202用于统计无用户服务的时间，计时装置202的输出端连接到开关装置203，开关装置203用于打开或关闭发射装置，一旦计时装置202统计的无用户服务的时间达到一个预先设定的时间门限值，计时装置202就输出一个信号到开关装置203，开关装置203输出一个信号到发射装置205将发射装置205关闭，基站200工作在休眠状态，此时，接收机保持工作状态，为可能的用户接入保持持续搜索；可选地，基站200可在不同的载波搜索触发信号；检测装置201还用于在休眠状态时，检测接收装置204是否接收到唤醒信号，当检测到接收装置接收唤醒信号时并且检测到触发信号的强度大于一个预先设定的门限值，就输出一个信号到开关装置203，开关装置203输出一个信号到发射装置205将发射装置205打开，基站200工作在唤醒状态。
基站200在休眠状态下接收到的唤醒信号可有以下几种情况：
1.基站200工作在休眠状态，接收装置204接收到的唤醒信号为来自本小区需要进行网络接入的用户设备的上行触发唤醒信号。当用户设备进行网络接入的时候，由于基站200处于休眠状态，用户设备未能检测到SINR大于一个预定门限值的服务基站，该用户设备就会发出一个上行触发唤醒信号，以唤醒处于睡眠状态的基站；可选地，用户设备可以在一开机时候就发出唤醒触发，以减少网络 进入时延。该上行触发唤醒信号的频率和序列事先配置好，并且对于基站和用户设备都是已知的。因为处于休眠状态的基站的接收装置204保持持续上行搜索状态，因此，基站接收装置204会接收到一个上行触发唤醒信号并且当检测装置201检测到触发信号的强度大于一个预先设定的门限值，基站被唤醒，打开发射装置205，进入唤醒状态。
2.基站200工作在休眠状态，接收装置204接收的唤醒信号为来自邻小区的信号强度大于一个预先设定的门限值的上行信号。基站200在检测唤醒信号同时也监控邻小区上行信号强度，可选的，如果基站和邻小区工作在不同载波，该基站需要在邻小区的载频上监控邻小区上行信号强度。如果检测装置201发现邻小区上行信号强度大于一个预先设定的门限值，就判断某个/某些用户设备处于小区边缘且具有切换到本小区的潜在可能，此时检测装置就输出一个信号到开关装置203以打开发射装置205，该基站被唤醒，发射机工作并发送控制信号用于邻小区用户设备测量以及切换。
3.基站200工作在休眠状态，接收装置204接收的唤醒信号为来自相邻基站的唤醒信号。如果休眠基站的相邻基站工作在唤醒状态，此处称服务基站，服务基站检测到某些用户设备非常低的链路质量，其链路质量低于一个预先设定的门限值，该服务基站可以唤醒相邻的休眠基站以便让低链路质量的用户设备的进行切换。该信息交互可通过X2接口。可选地，该服务基站能够知道低链路质量用户设备的粗略位置信息，如通过3GPP支持的定位功能，这样它可以只通知并唤醒与该用户设备靠近的休眠基站；休眠基站的接收装置204通过X2接口接收到来自相邻基站的唤醒信号，就检测装置201判断有相邻基站的用户设备需要切换到本基站，此时检测装置就输出一个信号到开关装置203以打开发射装置205，基站200被唤醒以便上述相邻基站的低链路质量的用户设备切换到本基站。针对这种情况，当基站200工作在唤醒状态时，其接收装置204接收处理用户设备的上行信号后输入到检测装置201，检测装置201检测所述用 户设备的链路质量低于一个预先设定的第一链路质量门限值，就输出一个信号到发射装置205，发射装置205产生一个唤醒信号并发送到相邻的休眠基站；优选的，该信息交互可通过X2接口。可选地，基站200进一步还包括一个位置估计装置206，用来估计用户设备的位置信息，如通过3GPP支持的定位功能，这样基站200能够知道低链路质量用户设备的粗略位置信息，这样它可以只通知并唤醒与该用户设备靠近的休眠基站。
4.基站200工作在休眠状态，接收装置204接收到的唤醒信号为来自相邻小区需要切换到本基站的用户设备的上行触发唤醒信号。基站200的处理与上述情况1类似，处于休眠状态的基站的接收装置204保持持续上行搜索状态，因此，基站200的接收装置204接收到一个上行触发唤醒信号并且当检测装置201检测到触发信号的强度大于一个预先设定的门限值，基站200被唤醒，打开发射装置205，进入唤醒状态。针对这种情况，当基站200工作在唤醒状态时，所述基站进一步包括资源调度装置207，当所述接收装置204接收处理用户设备的上行信号后输入到检测装置201，检测装置201检测所述用户设备的链路质量低于一个预先设定的第二链路质量门限值后，所述资源调度装置207调度所述用户设备发送上行唤醒触发信号并保留资源用于用户设备发送唤醒触发信号。
图3给出根据本发明的实施方式的用户设备结构示意图。
图3a，用户设备300包括信号产生发送装置301。
具体的，信号产生发送装置301，用以产生上行唤醒触发信号并发送所述上行唤醒触发信号。用户设备300可以被设置为一开机就启动信号产生发送装置301，产生上行唤醒触发信号并发送。当用户设备300接收到来自基站的下行控制信号如PSS/SSS，PBCH、PCHICH等后，用户设备300获得同步信号和必要的***信息，然后按照标准流程完成网络进入。
另一可选方案为图3b，用户设备还包括一个检测装置302，用以检测服务基站；检测装置302的结果输出到所述信号产生装置 301，当检测装置302未检测SINR大于一个预定门限值的服务基站，所述信号产生发送装置301打开，产生上行唤醒触发信号并发送。当用户设备300接收到来自基站的下行控制信号如PSS/SSS，PBCH、PCHICH等后，用户设备300获得同步信号和必要的***信息，然后按照标准流程完成网络进入。
另一可选方案为另一可选方案为图3c，用户设备还包括一个接收装置303，用以接收基站的调度信息；当接收装置接收所述调度信息并经检测装置302检测到所述调度信息后，所述信号产生发送装置301打开，产生上行唤醒触发信号并发送。
同基站对应，该上行触发唤醒信号的频率和序列事先配置好，并且对于基站和用户设备都是已知的。
在本发明中，为了干扰消除和检测容易，唤醒信号应该具有近似噪声的特性(例如CDMA M序列或者Golden序列)。通常情况下，该序列在带宽的中心频带上传输，这样即使***带宽变化其位置也不会改变。基站在中心频段上保持搜索，也可能搜索不同载波。建议使用Zadoff-Chu序列(Zadoff-Chu序列在LTE中广泛使用，例如随机接入前导序列，上行参考信号，PSS等)。
根据用户行为特性，可自适应地选择一些特定的时段应用本发明。例如，基站在白天时候保持常开状态，在深夜检测有无用户服务，如果在一段时间内没有用户服务，则关闭发射机并且监控可能的唤醒触发。
基站没有用户服务是很常见的。本发明通过关闭基站发射机和相应基带处理来节约能量，同时当用户进入或者切换时候又智能触发唤醒。发射机比接收机消耗更多能量。这样该发明能有效节约能耗。
对于传统的Femto周期休眠/唤醒方法，该发明的优点有：
1.该发明能“彻底”关闭基站的发射机。传统的方法需要周期性唤醒并且发送一些控制信令，即使根本没有用户数据。
2.根据本发明提出的方法，用户设备网络进入或者切换具有较短的时延。对比传统方法，当基站处于休眠周期时候用户设备网络进 入或者切换可能会经历较长时延。
3.本发明给出如何处理用户设备切换到休眠基站。而对比存在方法没有做到用户设备切换到休眠基站。
本发明可以以硬件、软件、固件以及它们的组合来实现。本领域技术人员应该认识到，也可以在供任何合适数据处理***使用的信号承载介质上所设置的统计机程序产品中体现本发明。这种信号承载介质可以是传输介质或用于机器可读信息的可记录介质，包括磁介质、光介质或其他合适介质。可记录介质的示例包括：硬盘驱动器中的磁盘或软盘、用于光驱的光盘、磁带，以及本领域技术人员所能想到的其他介质。本领域技术人员应该认识到，具有合适编程装置的任何通信设备都将能够执行如程序产品中体现的本发明方法的步骤。
从上述描述应该理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本发明各实施方式进行修改和变更。本说明书中的描述仅仅是用于说明性的，而不应被认为是限制性的。本发明的范围仅受权利要求书的限制。

Claims (4)

1.一种节约基站能耗的方法，当基站检测到一时间段内没有用户服务，关闭其发射机，接收机保持打开状态，基站进入休眠状态；当所述基站接收到来自相邻小区的唤醒信号，打开发射机，基站进入唤醒状态；所述唤醒信号为来自相邻基站的用户设备的上行触发唤醒信号；所述相邻基站检测到其用户设备的链路质量低于一个预先设定的第二链路质量门限值，所述相邻基站通知所述其用户设备发出所述上行触发唤醒信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站和/或相邻基站为家庭基站、中继站、微小基站，或者宏基站。
3.一种节约能耗的基站，所述基站包括：
发射装置，用于向用户设备发射信号；
接收装置，用于接收来自相邻小区的唤醒信号以及来自用户设备的上行信号；
检测装置，用于根据接收装置以及发射装置的输出信号，检测是否有用户服务；并且，用于根据接收装置的输出信号检测是否接收到来自相邻小区唤醒信号；
计时装置，用于根据检测装置的输出信号，统计无用户服务的时间；开关装置，用于打开或关闭发射装置，当计时装置统计的无用户服务的时间达到一个设定的时间门限值，开关装置关闭发射装置，基站工作在休眠状态；当检测装置检测到来自相邻小区的唤醒信号，开关装置打开发射装置，基站工作在唤醒状态；
所述接收装置接收的唤醒信号是来自相邻基站的用户设备的上行触发唤醒信号。
4.根据权利要求3所述的基站，其特征在于，所述基站进一步包括资源调度装置，当所述接收装置接收处理用户设备的上行信号后输入到检测装置，检测装置检测所述用户设备的链路质量低于一个预先设定的第二链路质量门限值后，所述资源调度装置调度所述用户设备发送上行唤醒触发信号并保留资源用于用户设备发送唤醒触发信号。
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