绿色通信中小区缩放技术概述

张海清

摘 要：在传统的蜂窝网络中，蜂窝小区的大小通常是根据对业务负载流量的估计而固定下来的。然而，蜂窝网络的业务负载流量在空间和时间上具有很大的不均匀性和波动性，这给蜂窝网络的规划和管理带来了机遇和挑战。本文介绍了一种可以根据业务负载流量、用户需求以及用户信道状态信息自适应调整小区大小的小区缩放技术，并研究了物理调整、基站协作、中继、基站休眠等實现小区缩放的一些方法。

关键词：业务负载；小区缩放；基站休眠；基站协作

在最近几十年里，随着各种无线接入技术的出现和成熟，无线蜂窝网络得到迅速发展，蜂窝网络中的用户数目和负载流量也呈爆发式增长。网络管理者总是尽其所能的想要在更经济的前提下满足用户的需求。在每个小区中，基站向移动用户发送公共控制信号和数据信号。小区的大小被定义为移动用户可以从基站接收到控制信号的区域。在网络规划阶段，小区的大小和容量通常是基于高峰负载的估计而固定下来的。

1 小区缩放的概念

在本文中，我们提出一种新的可以根据流量情况自适应调整小区大小的小区缩放的概念。小区缩放有平衡负载流量和节省能量消耗的潜力。图1是一个典型的蜂窝网络部署示意图，由七个六边形的小区组成。一个中心小区周围有六个小区，基站位于每个小区的中心。移动用户均匀分布在每个小区中。如图2所示，当一些用户进入中心小区使得中心小区很拥挤，中心小区可以减小自己的尺寸从而减小拥挤度。相反的如图3所示，如果一些用户离开中心小区，从而导致临近小区拥挤，临近小区可以缩小自己的大小，同时中心小区放大自己的尺寸，从而避免任何可能的覆盖漏洞。如果临近小区有很大的容量从而没有必要缩小自己的小区大小，中心小区也可以选择休眠从而减少能源的消耗。在这种情况下，临近小区也可以放大自己的小区大小从而保证覆盖范围，或者通过协作的方式为剩下的用户提供服务。

2 小区缩放的技术

许多技术可以用于小区的缩放。一个简单而且直观的方法是调整物理参数，例如基站的发射功率。除了物理的调整之外，其他的一些技术也可以用于小区缩放。下面将会讨论用于小区缩放的技术细节。

物理调整：网络设置的物理参数调整有助于实现小区缩放，小区可以通过增加发射功率来放大，反之亦然。而且，基站天线的高度和角度调整也可以用来实现小区的缩放。这样的调整需要额外的机器设备的帮助。

基站休眠：当基站处于休眠状态时，基站中的空调和其他能量消耗设备也可以关闭。基站休眠可以大量降低蜂窝网络中的能量消耗。在这种情况下，基站休眠的小区可以看出做缩小为零，从而其临近小区放大来保证覆盖范围。如图4所示，当中心小区的用户比较少时，可以使中心小区的基站处于休眠状态，休眠小区的用户由周围相邻的基站进行服务。

3 小区缩放的优点

小区缩放有很多有优点，首先，小区缩放可以将流负载较大的小区中的流量转移到负载较小的小区中，从而实现负载平衡。其次，小区缩放可以用于能量节省。不同于负载平衡的使用，小区缩放可以在负载足够低时将将小区缩小至零。一些基站进入休眠状态，相应的临近小区扩大来保证覆盖范围。因此，小区缩放可以分散负载以达到负载平衡，也可以集中负载进行能量节省。在这两种情况下，资源都会被分配以满足流量分布，然而，负载的传递方向是相反的。决定什么时间分散负载以达到负载平衡和什么时间集中负载以达到能量节省，是一个具有挑战性的问题。

5 结语

在本文中，小区缩放的概念被提出来，它可以根据业务负载流量的波动性动态地调整小区大小。小区缩放不仅可以解决负载的不平衡，而且减少了蜂窝小区的能量消耗。通过物理调整、基站合作和中继等技术可以用来实现小区缩放。小区缩放算法在负载较低时也可以节省大量的能量，可以在经济有效的情况下达到绿色通信的目的。

参考文献：

[1] 孟超， 梁天， 李欣，等. 协同多点传输中迫零预编码和天线选择技术[J]. 中国科学：信息科学， 2013， 43（6）：798-809.

[2] 亚伯拉罕，波佩斯库D C，多布雷O A联合波束成形和功率控制在下行链路多用户多输入多输出系统[J].无线通信和移动计算应用2015， 15（3）：552–560.