無線中繼系統(tǒng)中的能效優(yōu)化研究.pdf

1、能量效率已經(jīng)成為第5代(5G，5th generation)移動通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵指標之一。隨著未來無線網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)量的劇增以及用戶形態(tài)和業(yè)務(wù)需求的變化，能耗的壓力會越來越大。而隨著物聯(lián)網(wǎng)和機器類通訊的發(fā)展，用戶之間的中繼協(xié)作會成為用戶的常態(tài)行為。因此無線中繼技術(shù)在未來無線網(wǎng)絡(luò)中將會獲得更加廣泛的應(yīng)用，與中繼系統(tǒng)相關(guān)的能效優(yōu)化技術(shù)也會具有持久的研究需求。
　　本文關(guān)注了中繼系統(tǒng)節(jié)能問題當中的三項基本問題:譜效與能效的關(guān)系問題、業(yè)務(wù)質(zhì)量

2、與能效的關(guān)系問題，干擾與能效的關(guān)系問題。本文將這三項基礎(chǔ)問題分別與無線中繼的三種工作模式相結(jié)合:兩跳中繼、增量中繼和雙向中繼，設(shè)定了一些未來通信網(wǎng)絡(luò)最關(guān)注的應(yīng)用場景，在其中研究解決了若干能效優(yōu)化問題。本文選擇了如下三項內(nèi)容作為研究點。
　　本文首先研究了一種利用再生能源供電的中繼系統(tǒng)以及相關(guān)的能效優(yōu)化方法;提出了一種將可再生能源產(chǎn)生的電能與來自于傳統(tǒng)石化能源的電能相區(qū)分的能效度量準則;基于該準則以及香農(nóng)公式所描述的能效-譜效的關(guān)系

3、，在綜合考慮各節(jié)點設(shè)備能耗的基礎(chǔ)上，根據(jù)兩跳鏈路之間的速率上的關(guān)聯(lián)性和中繼節(jié)點的能量約束，采用凸優(yōu)化方法求解了源節(jié)點能效最優(yōu)的瞬時速率，進而得出能效最優(yōu)的功率控制方法和設(shè)備微休眠管理策略。在滿足業(yè)務(wù)速率需求的同時，實現(xiàn)了綠色能源供電的中繼節(jié)點幫助傳統(tǒng)能源供電的源節(jié)點提高能效的目的。
　　本文研究了增量中繼系統(tǒng)在中繼節(jié)點能量受限條件下采用自動重傳機制協(xié)助源節(jié)點提高能量效率的方法。提出了一種基于數(shù)據(jù)包傳輸差錯率的能效度量，建立了能效與

4、誤包率這一關(guān)鍵業(yè)務(wù)質(zhì)量參數(shù)之間的關(guān)系表達式。通過分析誤包率與能效的關(guān)系，確定了增量系統(tǒng)中源節(jié)點和中繼節(jié)點的最優(yōu)發(fā)射功率，優(yōu)化了中繼節(jié)點協(xié)助源節(jié)點的差錯重傳機制，使得中繼節(jié)點協(xié)助傳輸?shù)念l次與其收集能量的速度相匹配，從而更有效的發(fā)揮增量中繼作用，使得中繼節(jié)點在能量受限的條件下依然可以穩(wěn)定地協(xié)助源節(jié)點提高能效。
　　本文研究了基于物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的雙向中繼系統(tǒng)在最低速率約束下的能效優(yōu)化問題。由于雙向中繼將兩路互相干擾的信號耦合在一起，造成

5、了能效函數(shù)的非凸特性。本工作通過引入松弛變量的方法，將該優(yōu)化問題簡化并分解成一項凸優(yōu)化子問題和一個凹凸分式規(guī)劃子問題。通過對這兩項子問題的求解獲得了最優(yōu)的雙向中繼功率控制方案以及最佳能效。
　　以上研究覆蓋了中繼能效化中的譜效-能效、服務(wù)質(zhì)量-能效、干擾-能效三項重要的基礎(chǔ)關(guān)系問題，并結(jié)合具體的應(yīng)用場景和新型能源應(yīng)用，定義了基于能量類型的能效度量準則和基于包傳輸?shù)哪苄Ф攘繙蕜t，提出了兩跳中繼系統(tǒng)、增量中繼系統(tǒng)和雙向中繼系統(tǒng)中的以能