电信系统中的方法和装置 【技术领域】
本发明涉及在根据权利要求1的前序的电信系统中的节能方法、根据权利要求14的前序的用于节能的电信系统及根据权利要求12的前序的在所述电信系统中的节点。
背景技术
移动通信是为世界范围的社会和经济发展作出贡献的最重要的技术之一。提高能效不仅可以降低对环境的影响，还能降低网络成本，这将使所有使用移动系统的人受益。
现代的标准(诸如WCDMA、LTE和WiMAX)在用户和吞吐量方面具有很大的容量，这就需要大量的能量。为了在蜂窝系统中获得高的数据吞吐量，需要布置密集的小区。基站消耗相当大的电力，典型地每个基站每年65000kWh。
网络设计是提高能效的关键问题。在组件级别的再高的能效也不能补偿无效率设计的网络。例如，应该针对需要获得的覆盖范围和质量来优化无线电站点的数量。
为了实现节能设计，需要一开始就考虑一些问题。首先，需要考虑真正的网络需要。在考虑各站点和设备规格之前，需要考虑精确的覆盖范围、容量和质量。此外，还要考虑当前或将来的商业环境需要，考虑重建或扩展站点的可能性。一旦考虑了这些因素，运营商就可开始网络设计过程，研究所有权的总的成本和另选的设计选项。
基本建设费用一般只占所有权的总的成本的很小的一部分。而由站点的减少和有效运营带来的长期节省是非常重要的，因为作为关键问题的能耗会大大减少。
用于减少能耗的优化解决方案意味着需要考虑各种问题。即便这样，整个的网络解决方案仍然大于它们的部分的和。这就意味着将最好的组件结合在一起不一定得到最好的结果。在无线电基站中，不同组件的相对能耗随着与该组件协同工作的组件的性能的不同而不同。
在基站中的典型能耗源为信号处理、RF转换、功率放大、电源、气候设备(空调)和馈电线。例如，在传统的基站中，设备设置在地面上，这就意味着需要使用几米的线缆对天线进行馈送。发射功率的一半可能损失在馈送线(feeder)中。通过将设备放置在塔的顶部，可以显著减少能耗。可以将设备与电池备用单元相连接以最小化硬件和能耗。
可以实现能量减少的另一种途径是使用待机模式(stand‑by mode)。基站站点的规模要能够应付高峰时间。在一个小区中，多个TRX(发射机)可以同时运行。利用功率管理方案，在低业务量时间，可以使一些TRX处于待机状态而不是在空闲模式下运行。
减少能耗的其它途径是是避免不必要的DC/DC转换并减少对冷却风扇和冷却系统的需要。基于数字功率管理的模块也可以减少能耗。
日益需要针对蜂窝网络提供具有宽带容量的无线技术。好的宽带系统必须满足某种标准，如高的数据速率和容量、低的每比特成本、好的服务质量和更大的覆盖范围。高速分组接入(HSPA)和移动WiMAX为支持该标准的两种网络接入技术的示例。这两种技术针对基站和移动终端之间的上行和下行通信都使用帧结构。在背景技术的后面部分中，将WiMAX技术作为使用帧结构的技术的示例而进行介绍，但其它技术如WCDMA、GSM、HSPA和长期演进(LTE)也使用帧结构。不同技术的帧在某种程度上存在不同。
WiMAX涉及IEEE 802‑16标准，其中移动WiMAX涉及802.16e‑2005。移动WiMAX为先前的(固定)WiMAX中使用的调制方案的改进，移动WiMAX引入了可扩展的正交频分复用接入(SOFDMA)来携带数据并支持在频带内不同频率(子信道)上具有大量子载波的信道带宽。这些大量的子载波提高了多路径衰退信道的性能。
可扩展的OFDMA是统计复用技术，可扩展是指通信信道被分为多个可变比特率的数字信道(子载波)或数据流的能力。这意味着动态调度，其中在接入时由基站分配的时隙可以扩大和收缩，但仍然保持分配给特定的移动终端。可以为不同用户分配不同数量的子载波，并且由于子信道可变，可以针对各用户单独控制服务质量，即数据速率和误差概率。信道的带宽可以在1.25MHz和20MHz之间变动。OFDMA(SOFDMA基于OFDMA)具有固定的子载波带宽。
OFDMA为正交频分复用(OFDM)调制方案的多用户版本。与OFDMA相比，OFDM是针对单用户的。OFDM(A)使用大量的子载波，其中各子载波例如使用正交幅度调制(QAM)进行调制。OFDM具有处理恶劣的信道条件的能力，这使移动WiMAX非常鲁棒。OFDM还具有高的频谱效率。OFDM被视为使用多个慢调制的窄带信号而不是使用一个快调制的宽带信号。在本文中不再对QAM进行进一步描述。
移动WiMAX的双工方法为时分双工(TDD)。TDD仅占用一个信道，上行和下行业务量分配给不同的时隙。利用OFDMA的TDD为不同用户提供了支持子信道和时隙的多址接入。TDD在上行数据速率和下行数据速率的非对称性可变的情况下具有优势。在上行数据量增加时，可以为上行数据量动态地分配更多的带宽。
图1示出了OFDMA的子信道的能力，该图示意性示例了帧结构。所显示的帧结构包括多个子信道和多个时隙，作为统计复用技术的OFDMA支持该帧结构。在图中示例了不同用户设备11、12、13、14的数据区11、12、13、14。
经由基站发送的移动WiMAX使用利用TDD的SOFDMA。图2示出了当运行在TDD模式时，针对OFDMA的帧结构的更详细的示意图。帧(帧N)包括下行子帧15、下行子帧15后面的上行子帧16、在下行子帧和上行子帧之间的小的保护间隔(guard interval)20以及在上行子帧和下一帧的下行子帧之间的结束间隔(end interval)22。在移动WiMAX中，这些帧为5ms长。一些WiMAX系统支持以频分复用(FDD)运行的OFDMA，在FDD中，由于上行帧和下行帧是在不同载波上同时发送的，因此帧结构不同于TDD中的帧结构。由于TDD允许更灵活地共享上行和下行链路之间的带宽，不需要成对的频谱并具有可以用于空间处理的互惠信道(reciprocal channel)，因而TDD在将来将用于绝大多数的WiMAX部署。
TDD中的下行子帧15从开销信息开始，该开销信息用于通知用户设备关于系统的特性。该开销包括同步信息17和系统信息18。开销后面为下行子帧中的用于下行数据业务的数据区19。保护间隔20后面为具有数据区(用于来自不同用户设备的上行数据业务)的上行子帧21。最后是结束间隔22，结束间隔22后面是下一帧的开销同步信息17。
具体地，在WiMAX中开销从用于物理层过程(小区检测、时间和频率同步)的下行前导开始。该前导后面是提供了帧配置的帧控制报头和用来发现从哪里和如何进行上行和下行解码的系统信息(调制和编码映射)。针对各可用的数据区19、22发送帧控制报头和映射。
可以用频分复用(FDD)代替TDD对上行子帧和下行子帧进行划分。FDD在对称的业务情况下更加有效。另一优点是可以使无线电规划更容易并更有效。与TDD相比，FDD利用频率来划分子帧，这意味着使用不同的频率在相同时间发送子帧。
为了在蜂窝系统中获得高的数据吞吐量，在基站使用高阶调制(如64QAM)和高传输功率。保持物理资源在子载波和时间方面最小以最大化用户数据吞吐量。需要高性能的功率放大器以保持放大后的信号的性能。线性放大尤其重要。这就需要很多能量，增加了基站的能耗。由于这些需要，放大器的效率比较低，而且在很大程度上增加了基站的功耗。
在低负荷或没有负荷的情形下基站仍然需要发送系统信息18和同步信息17以服务于连接的移动终端并使新的移动终端可以接入系统。这些信息必需以足够高的功率来进行发送以到达小区内的所有移动终端，因此以低的调制阶数和高的输出功率进行发送。由于这些发送，基站的功耗仍然非常大。
【发明内容】
本发明的目的是针对帧结构技术提高基站中的能量效率。该目的是通过根据权利要求1的电信系统中的节能方法、根据权利要求14的用于节能的电信系统及根据权利要求12的在所述电信系统中的节点来实现的。
根据本发明的方法涉及在电信系统中节省能量的方法，该电信系统具有至少一个第一基站以实现在小区内的通信。由所述第一基站在所述小区内发送和接收具有帧结构的信号，该帧的结构包括下行帧部分和上行帧部分。各帧部分具有携带至少一个数据区的能力，该至少一个数据区针对电信网络和用户终端之间经由所述第一基站的业务流而被分配给至少一个用户或被广播。所述下行帧部分包括至少具有同步信息或系统信息的开销部分。利用由所述系统定义的正常间隔周期性地发送所述具有帧结构的信号。该方法的具体特征为在功率节省模式期间所述系统将至少第一具有帧结构的信号和紧随其后的第二具有帧结构的信号之间的间隔增加至功率节省间隔。
根据本发明的节点涉及在电信系统中节点，该电信系统具有至少一个第一基站以实现在小区内的通信。所述系统适于在所述小区内发送和接收具有帧结构的信号，该帧的结构包括下行帧部分和其后的上行帧部分。各帧部分具有携带至少一个数据区的能力，该至少一个数据区针对电信网络和用户终端之间的经由所述第一基站的业务流而被分配给至少一个用户或被广播。所述下行帧部分包括至少具有同步信息或系统信息的开销部分。所述系统适于利用由所述系统定义的正常间隔周期性地发送所述具有帧结构的信号。所述节点的具体特征在于：所述节点适于在功率节省模式期间增加至少第一具有帧结构信号和紧随其后的具有第二帧结构的信号之间的间隔。
根据本发明的系统涉及具有至少一个第一基站以实现在小区内的通信的电信系统。所述系统适用于在所述小区内发送和接收具有帧结构的信号，该帧的结构包括下行帧部分和上行帧部分。各帧部分具有携带至少一个数据区的能力，该至少一个数据区针对电信网络和用户终端之间的经由所述第一基站的业务流而被分配给至少一个用户或被广播。所述下行帧部分包括至少具有同步信息或系统信息的开销部分。所述系统适用于利用由所述系统定义的正常间隔周期性地发送所述帧结构的信号。所述电信系统的具体特征在于：适用于在功率节省模式期间增加至少第一具有帧结构的信号和紧随其后的第二具有帧结构的信号之间的间隔。
本发明的有益效果在于：通过引入功率节省模式，利用可以容易地引入到当前和未来的标准中的方法降低了基站的功耗。
【附图说明】
下文中将参照附图对本发明进行详细的说明。这些附图仅用于示例而非用于以任何形式限制本发明的范围。
图1示出了OFDMA帧结构的示意图。
图2示出了在TDD模式中运行时针对OFDMA帧结构的更详细的示意图。
图3示出了具有功率节省模式和不具有功率节省模式时在低负荷情况下从基站的信号发送。
【具体实施方式】
下面将参照在具体实施方式中描述的和在附图中示出的实施方式对本发明进行详细的描述。图1和图2已经对上面的背景技术进行了描述。
本实施方式提出了一种电信系统中的节能方法。所述电信系统和节点适用于执行本文描述的所述方法。
电信系统包括至少一个使在小区内能够实现通信的第一基站。基站与移动用户终端(如手持电话)进行通信。在该电信系统中，该基站使小区(小区是由基站覆盖的地理区域)内的一个或更多个移动电话和该基站之间实现通信。
由第一基站在小区内发送和接收具有帧结构的信号23，帧的结构包括下行帧部分15和上行帧部分16。
图2中所示的涉及TDD的实施方式，包括子帧形式的帧部分15，帧部分15后面为也是子帧形式的帧部分16。TDD中的该帧结构被划分为下行子帧、下行子帧后面的上行子帧、下行子帧和上行子帧之间的小的保护间隔20(见图2)以及上行子帧和下一帧的下行子帧之间的结束间隔22(见图2)。但是，本领域的技术人员应当理解，在权利要求书中的特征“帧部分”还包括采用FDD的实施方式(在该实施方式中，帧部分按照频率进行划分)或其采用它双工技术的实施方式。
各帧部分具有携带至少一个数据区的能力，该至少一个数据区针对电信网络和用户终端之间的经由第一基站的业务流而被分配给至少一个用户或被广播。分配给至少一个用户或被广播的事实意味着本发明包括在系统和一个用户终端之间的单播业务流、在系统和一组用户终端之间的组播以及在系统和广播域内的各用户终端之间的广播。
下行帧部分15包括至少具有同步信息或系统信息的开销部分17、18。通常两种信息类型17、18都包括，但存在仅将这些类型中的一种类型包括在开销中的选择。无论如何，需要发送同步或系统信息中的至少一种信息。因此，使用术语“或”。
如结合图2所描述的，下行帧部分15从用于通知用户设备有关于系统的特性的开销信息开始。该开销至少包括同步信息17或系统信息18。该同步信息用于在第一基站和用户终端之间进行时间和频率的同步。
所述系统信息包含调制编码方案和映射，该调制编码方案和映射使得能够实现第一基站和用户终端之间的帧配置。该开销的后面是在下行帧部分15中用于下行数据业务的数据区19、具有数据区21(用于来自不同的用户终端的上行数据业务)的上行帧部分16。如在图3中所示的，从一个信号到下一信号，数据区19、21的大小可以变化，这在利用OFDMA时是允许的。
图3示例了在由系统定义的正常间隔下周期性发送帧结构信号23、24的事实。在OFDMA中正常间隔是5ms。如所示出的，存在帧帧N，帧N后面为帧N+1、帧N+2和帧N+3等等。
图3中所示的实施方式(也涉及TDD)，包括子帧形式的帧部分15，帧部分15后面为也是子帧形式的帧部分16。但是，本领域的技术人员应当理解，在权利要求书中的特征“帧部分”还包括采用FDD的实施方式(在该实施方式中，帧部分按照频率进行划分)或其采用它双工技术的实施方式。在FDD中，这意味着帧部分可以同时发送。
即使没有包括数据区19、21，也周期性地发送信号23、24。在低负荷或没有负荷的情形下，第一基站仍然需要至少发送系统信息17或同步信息18以服务于连接的移动终端并使新的移动终端可以接入该系统。这些信息必需以足够高的功率来进行发送以到达小区内的所有移动终端，因此以低的调制阶数和高的输出功率进行发送。由于这些发送，第一基站的功耗仍然非常大。
本发明的目的是增加采用帧结构技术的基站中的能量效率。因此，如独立权利要求的特征部分所描述的，本发明的范围为功率节省模式下系统将至少第一帧结构信号23和紧邻其后的第二帧结构信号23之间的间隔增加至功率节省间隔，第二信号(见图23，较低的部分)为紧跟在第一信号后面的下一个信号。将开销部分包含在各发送的信号中并通过将所述间隔增加到功率节省间隔来实现功率的节省。
通过中断至少一个第三帧结构信号24(见图3，较低的部分)可以实现功率节省间隔。这意味着为了节省能量，中断至少一个帧结构信号(称为第三信号)。作为示例，系统可以发送三个信号23并于此后中断10个信号24。在一行上的该三个信号给了用户终端对开销部分17、18中的信息(如UL映射数据)进行解码，并对要在UL帧部分21发送的信息进行处理的时间。
可选地，通过周期性地中断帧结构信号24来实现功率节省间隔。进一步可选地，通过中断开销部分17、18来中断帧结构信号。例如每次至少中断一个第二信号。这在图3的较低部分示出，其中通过中断两个信号帧N+1和帧N+2可以将间隔增加至3倍。由于帧N+1和帧N+2的开销部分是利用足够的功率来发送以到达小区内的所有移动终端的，因此这样的中断将节省大量的能量。
事实还是这样的，中断的信号包含开销部分17、18，而该开销部分无需在以后发送。替代地，仅将中断的信号的数据区(或多个区)19、21包括在发送的下一信号的帧中。这在帧N+3中的信号23(见图中较低的部分)中示出，其中所述信号中包含来自帧N+1和帧N+3(见图的较高的部分)的数据区。
在特定运行情况下(如小区容量的使用率水平、小区中用户终端的数量和/或针对时间的小区使用率的统计)，系统激活功率节省模式。本发明的意图是持续监控系统，如果业务负荷在一段时间内下降，则可以激活功率节省模式。利用针对时间的业务负荷的统计也是非常有用的。例如，可能是这样的，运营商监测到从午夜到早晨6:00之间的夜间某小区的业务量负荷低。运营商因而经由管理系统调整基站的运行，以在每天夜间从午夜到6:00之间激活功率节省模式。也可以调整系统以使在业务负荷在低于一定水平时激活功率节省模式。由运营商来决定在某一条件下将提供何种服务质量。
使移动终端知道功率节省模式是至关重要的。因此，在功率节省模式期间发送的帧结构信号的开销部分包括有关于功率节省模式和其性质(如功率节省间隔)的信息。例如可以在各发送的帧的映射的管理消息(如下行信道描述符、一个值或一个码)中给出功率节省间隔。
将帧结构信号的开销部分以足够高的功率进行发送以到达小区内的所有移动终端，其中发送(多个)数据区。
利用载入系统的算法来控制功率节省模式以使能所述能量节省方法。
本发明还涉及电信系统(具有至少一个第一基站以实现在小区内的通信)中的节点。该系统用于在小区内发送和接收具有帧结构的信号23，该帧(帧N、帧N+1、帧N+2、帧N+3)的结构包括下行帧部分15和下行帧部分15后面的上行帧部分16。各帧部分具有携带至少一个数据区19、21的能力，该至少一个数据区针对电信网络和用户终端之间的经由第一基站的业务流而被分配给至少一个用户或被广播。下行帧部分16包括至少具有同步信息或系统信息的开销部分17、18。系统适于以该系统定义的正常间隔周期性地发送该帧结构信号。
节点的具体特征是其适用于在功率节省模式下增加至少第一帧结构信号23和紧邻其后的第二帧结构信号23之间的间隔。系统可以包括控制功率节省模式的算法。
本发明还涉及具有至少一个第一基站以实现在小区内的通信的电信系统。该系统适于在小区内发送和接收具有帧结构的信号23，该帧(帧N、帧N+1、帧N+2、帧N+3)的结构包括下行帧部分15和上行帧部分16。各帧部分具有携带至少一个数据区19、21的能力，该至少一个数据区针对电信网络和用户终端之间的经由第一基站的业务流而被分配给至少一个用户或被广播。下行帧部分16包括至少具有同步信息或系统信息的开销部分17、18。系统适于以该系统定义的正常间隔周期性地发送帧结构信号。
电信系统的具体特征是其适用于在功率节省模式下增加至少第一帧结构信号23和紧邻其后的第二帧结构信号23之间的间隔。系统可以包括控制功率节省模式的算法。
系统的技术例如为WiMAX、LTE、UMTS或GSM，这些都是利用帧结构运行的系统。从而，各具有帧的系统相对于本发明因开销而消耗了大量的相关能量。作为选择，系统采用OFDMA运行以使得能够进行多址接入。系统可以采用高阶调制方案如64QAM。载入系统的算法控制功率节省模式。
对于本领域技术人员而言很明显，在不偏离本发明的范围的条件下，可以对上述实施方式做出各种变型。一种可能的变型是仅针对基站下行传输和调度的上行传输使用扩展的功率节省间隔，但针对随机的接入尝试，保持标准的配置以减少功率节省模式时的等待时间。