CN105682195A - 一种基于c-ran架构的无线网络节能的功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于C-RAN架构的无线网络节能的功率控制方法，该方法综合考虑RRH传输功耗和BBU处理能耗，利用两者与RRH的发射功率之间的关系特性，采用接入用户平均信干噪比最大的RRH优先调节的准则来减小功率调节迭代次数，并且使得网络总能耗尽可能小。

Description

一种基于C-RAN架构的无线网络节能的功率控制方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于C-RAN架构的无线网络节能的功率控制方法。

背景技术

在传统无线网路中，节能一直是个重要的话题，衍生出了不少了绿色通信技术。相对于不同的绿色通信技术，功率控制一直是传统无线网络中减少能耗的最有效的手段之一。

在传统无线网络中，网络总能耗主要包含远距离无线射频单元(RRH)传输能耗和基带处理单元(BBU)处理能耗。但是，现有的传统无线网络节能的功率控制机制中，BBU处理能耗一般被认为是固定的或者不考虑。因此，当RRH工作在全负载模式时，RRH传输能耗到达最小。但是在基于云无线接入网络(C-RAN)架构的无线网络中，BBU处理能耗跟随RRH的负载动态变化。在用户服务质量(QoS)速率需求固定的情况下，提高RRH的发射功率，可以减小RRH的负载，从而减小BBU处理能耗，但是这样会增加RRH传输能耗。

因此，基于C-RAN架构的无线网络节能的功率控制机制需要综合考虑RRH传输能耗和BBU处理能耗，传统无线网络节能的功率控制机制无法适用于基于C-RAN架构的无线网络。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于C-RAN架构的无线网络节能的功率控制方法，适用于C-RAN架构的无线网络，可以减少网络总能耗。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于C-RAN架构的无线网络节能的功率控制方法，包括：

将每个远距离无线射频单元RRH的发射功率设置为最大发射功率，并根据其接入用户设备的服务可达速度及QoS速率需求计算出其当前负载与RRH传输能耗；再根据每个RRH负载计算出需要开启的基带处理单元BBU的数量，并计算出BBU处理能耗，从而获得网络总能耗；

根据每个RRH反馈的其接入用户设备的平均信干噪比，挑选出当前接入用户设备平均信干噪比最大的RRH，并据预先设定好的功率调节步长减小所挑选出的RRH的发射功率，再重新计算网络总能耗；

若重新计算出的网络总能耗小于上一次计算出的网络总能耗，则重复上一步骤；若重新计算出的网络总能耗不小于上一次计算出的网络总能耗，或者所挑选出的RRH的发射功率调节到最小发射功率时停止功率调节，并将所挑选出的RRH的功率设置为停止功率调节时上一次功率调节的大小。

进一步的，计算RRH的当前负载与RRH传输能耗的公式为：

$x_i=\underset{j\∈J_i}{\Σ}\frac{d_j}{r_{ij}};$

$P_{RRH,i}=\frac{x_i{p}_i}{\mathrm{\η}}+P_{RF};$

式中，下标i和j分别表示RRH和用户设备的编号，J_i表示编号为i的RRH的服务用户设备集合，x_i表示编号为i的RRH的当前负载，p_i表示编号为i的RRH的发射功率，r_ij表示编号为j的用户设备接入编号为i的RRH后用户设备的服务可达速度，d_j表示QoS速率需求，P_RRH,i表示编号为i的RRH传输能耗，η表示功率放大器效率；P_RF表示射频电路能耗。

进一步的，计算BBU处理能耗的公式为：

$P_{BBU}={\mathrm{MP}}_0+\frac{{\mathrm{\Δ}}_p{P}_{max}}{X_{cap}}\underset{i\∈N}{\Σ}{\mathrm{kx}}_i$

式中，x_i表示编号为i的RRH的当前负载，N表示RRH的数量，P_BBU为BBU处理能耗，M表示开启的BBU的数量，P₀和P_max分别表示单个BBU在空闲模式和全负载模式下的能耗；Δ_p，k表示相关性系数；X_cap表示单个BBU处理资源上限。

进一步的，所述网络总能耗为RRH传输能耗与BBU处理能耗之和，其公式为：

$P_{total}=P_{BBU}+\underset{i\∈N}{\Σ}{P}_{RRH,i}$

式中，P_total表示网络总能耗，P_BBU表示BBU处理能耗，P_RRH,i表示编号为i的RRH的传输能耗，N表示RRH的数量。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，综合考虑RRH传输功耗和BBU处理能耗，利用两者与RRH的发射功率之间的关系特性，采用接入用户平均信干噪比最大的RRH优先调节的准则来减小功率调节迭代次数，并且使得网络总能耗尽可能小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于C-RAN架构的无线网络节能的功率控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的基于C-RAN架构的无线网络示意图。

具体实施方式

下面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实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的一种基于C-RAN架构的无线网络节能的功率控制方法的流程图。如图1所示，其主要包括如下步骤：

步骤11、将每个RRH的发射功率设置为最大发射功率，并根据其接入用户设备的服务可达速度及QoS速率需求计算出其当前负载与RRH传输能耗；再根据每个RRH负载计算出需要开启的BBU的数量，并计算出BBU处理能耗，从而获得网络总能耗。

本发明实施例中，计算RRH的当前负载与RRH传输能耗的公式为：

$x_i=\underset{j\∈J_i}{\Σ}\frac{d_j}{r_{ij}};$

$P_{RRH,i}=\frac{x_i{p}_i}{\mathrm{\η}}+P_{RF};$

式中，下标i和j分别表示RRH和用户设备的编号，J_i表示编号为i的RRH的服务用户设备集合，x_i表示编号为i的RRH的当前负载，p_i表示编号为i的RRH的发射功率，r_ij表示编号为j的用户设备接入编号为i的RRH后用户设备的服务可达速度，d_j表示QoS速率需求，P_RRH,i表示编号为i的RRH传输能耗，η表示功率放大器效率；P_RF表示射频电路能耗。

利用服务器能耗模型计算BBU处理能耗的公式为：

$P_{BBU}={\mathrm{MP}}_0+\frac{{\mathrm{\Δ}}_p{P}_{max}}{X_{cap}}\underset{i\∈N}{\Σ}{\mathrm{kx}}_i$

式中，x_i表示编号为i的RRH的当前负载，N表示RRH的数量，P_BBU为BBU处理能耗，M表示开启的BBU的数量，P₀和P_max分别表示单个BBU在空闲模式和全负载模式下的能耗；Δ_p，k表示相关性系数；X_cap表示单个BBU处理资源上限。

所述网络总能耗为RRH传输能耗与BBU处理能耗之和，其公式为：

$P_{total}=P_{BBU}+\underset{i\∈N}{\Σ}{P}_{RRH,i}$

式中，P_total表示网络总能耗，P_BBU表示BBU处理能耗，P_RRH,i表示编号为i的RRH的传输能耗，N表示RRH的数量。

步骤12、根据每个RRH反馈的其接入用户设备的平均信干噪比，挑选出当前接入用户设备平均信干噪比最大的RRH，并据预先设定好的功率调节步长减小所挑选出的RRH的发射功率，再重新计算网络总能耗。

所述功率调节步长可以根据实际需求来设定，重新计算网络总能耗的过程与前述步骤11的过程类似。

步骤13、若重新计算出的网络总能耗小于上一次计算出的网络总能耗，则重复上一步骤；若重新计算出的网络总能耗不小于上一次计算出的网络总能耗，或者所挑选出的RRH的发射功率调节到最小发射功率时停止功率调节，并将所挑选出的RRH的功率设置为停止功率调节时上一次功率调节的大小。

本步骤是对所挑选出的RRH做迭代计算，由于步骤12中采用接入用户设备平均信干噪比最大的RRH进行优先调节，从而可以减小功率调节迭代次数。

本发明实施例的上述方案中，综合考虑了RRH传输功耗和BBU处理能耗，利用了两者与RRH的发射功率之间的关系特性，采用接入用户平均信干噪比最大的RRH优先调节的准则来减小功率调节迭代次数，并且保证网络总能耗尽可能小。

为了便于理解，下面结合一具体示例来对本发明做进一步说明。

如图2所示，为基于C-RAN架构的无线网络示意图。图2中，UE、RRH、BBUpool分别表示用户、远距离无线射频单元和基带处理资源池。功率控制的步骤如下：

一、初始化

1)根据当前位置，UE1接入RRH1、UE2与UE3接入RRH2、UE4接入RRH3。；

2)将RRH1、RRH2、RRH3发射功率设置为最大发射功率值；

3)UE1将其接收到的RRH1、RRH2、RRH3接收信号强度及其QoS速率需求反馈给其服务的RRH1，同理，UE2、UE3、UE4；

4)RRH1根据其接入用户UE1的信息计算出UE1的服务可达速率，然后根据其服务用户UE1的QoS速率需求计算出UE1所需的资源比例，从而得出RRH1当前负载；同理，RRH2、RRH3也做类似计算；

5)由BBUpool根据RRH1、RRH2、RRH3反馈的负载信息，计算出其所需开启的BBU数目；

6)BBUpool根据当前网络配置计算出当前网络总能耗。

上述初始化所涉及的计算公式在前文已经详细描述过了，故不再赘述。

二、功率调节

1)BBUpool根据RRH1、RRH2、RRH3反馈信息挑选出接入用户的平均信干噪比最大的RRH1(假设当前接入用户平均信干噪比最大的RRH为RRH1)，并且将此信息反馈给RRH1。

2)RRH1根据预设的功率调节步长减小其发射功率，RRH2、RRH3保持其发射功率不变。

3)如果RRH1当前的发射功率小于最小的发射功率值，则跳至步骤三停止；否则，继续下一步。

4)重复步骤一初始化中的步骤3)～6)，BBUpool根据当前网络配置计算出当前网络总能耗。

5)如果当前的网络总能耗小于上一次功率搜索的网络总能耗，则重复步骤二功率调节，否则跳至步骤三停止；

三、停止

1)上一次步骤二功率调节的RRH1、RRH2、RRH3的发射功率值为当前网络RRH1、RRH2、RRH3发射功率配置。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于C-RAN架构的无线网络节能的功率控制方法，其特征在于，包括：

将每个远距离无线射频单元RRH的发射功率设置为最大发射功率，并根据其接入用户设备的服务可达速度及QoS速率需求计算出其当前负载与RRH传输能耗；再根据每个RRH负载计算出需要开启的基带处理单元BBU的数量，并计算出BBU处理能耗，从而获得网络总能耗；

根据每个RRH反馈的其接入用户设备的平均信干噪比，挑选出当前接入用户设备平均信干噪比最大的RRH，并据预先设定好的功率调节步长减小所挑选出的RRH的发射功率，再重新计算网络总能耗；

若重新计算出的网络总能耗小于上一次计算出的网络总能耗，则重复上一步骤；若重新计算出的网络总能耗不小于上一次计算出的网络总能耗，或者所挑选出的RRH的发射功率调节到最小发射功率时停止功率调节，并将所挑选出的RRH的功率设置为停止功率调节时上一次功率调节的大小。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算RRH的当前负载与RRH传输能耗的公式为：

$x_i=\underset{j\∈J_i}{\Σ}\frac{d_j}{r_{ij}};$

$P_{RRH,i}=\frac{x_i{p}_i}{\mathrm{\η}}+P_{RF};$

式中，下标i和j分别表示RRH和用户设备的编号，J_i表示编号为i的RRH的服务用户设备集合，x_i表示编号为i的RRH的当前负载，p_i表示编号为i的RRH的发射功率，r_ij表示编号为j的用户设备接入编号为i的RRH后用户设备的服务可达速度，d_j表示QoS速率需求，P_RRH,i表示编号为i的RRH传输能耗，η表示功率放大器效率；P_RF表示射频电路能耗。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算BBU处理能耗的公式为：

$P_{BBU}={\mathrm{MP}}_0+\frac{{\mathrm{\Δ}}_p{P}_{max}}{X_{cap}}\underset{i\∈N}{\Σ}{\mathrm{kx}}_i$

式中，x_i表示编号为i的RRH的当前负载，N表示RRH的数量，P_BBU为BBU处理能耗，M表示开启的BBU的数量，P₀和P_max分别表示单个BBU在空闲模式和全负载模式下的能耗；Δ_p，k表示相关性系数；X_cap表示单个BBU处理资源上限。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络总能耗为RRH传输能耗与BBU处理能耗之和，其公式为：

$P_{total}=P_{BBU}+\underset{i\∈N}{\Σ}{P}_{RRH,i}$

式中，P_total表示网络总能耗，P_BBU表示BBU处理能耗，P_RRH,i表示编号为i的RRH的传输能耗，N表示RRH的数量。