無線異構網絡中能效優(yōu)先的功率分配和用戶接入研究.pdf

1、隨著移動互聯網的飛速發(fā)展,移動蜂窩網絡的數據業(yè)務呈現出爆炸式增長。為了應對頻譜資源有限和移動數據流量井噴式增長帶來的問題,層疊覆蓋式的異構網絡(HetNet)應運而生。這種架構可以有效解決現今移動蜂窩網絡的覆蓋和容量難題。各種小型基站技術的誕生和新的組網模式更是為運營商提供了低成本、可擴展和可盈利的無線移動蜂窩網絡。小型基站指代的是包括微基站、微微基站和毫微微基站在內的一類體積重量小、發(fā)射功率低、傳輸靈活和熱點覆蓋的基站。毫微微基站(F

2、emto Base Station, FBS)又名家庭基站,作為解決室內高業(yè)務量需求而提出的用于第3代通信系統(tǒng)的技術,得到學術界廣泛的研究。毫微微小區(qū)(femto cell)由于其較為成熟的技術優(yōu)勢,率先得到大規(guī)模部署。其發(fā)展如今,已經不限于室內覆蓋,對熱點地區(qū)、企業(yè)客戶甚至城區(qū)網絡的接入和吞吐量的提升都有涉及。但是由于毫微微基站與宏基站共享頻譜,其在組網,如干擾、切換和維護等方面仍然存在許多不穩(wěn)定和不確定技術問題。毫微微基站在部署上具

3、有隨機性,更多的時候用于補熱點和補盲點。如果大規(guī)模部署,站點和設備的維護面臨風險。其與宏基站共存的異構網絡結構下的干擾協(xié)調和功率控制問題尚需深入研究。
　　另一方面,伴隨著移動蜂窩通信高增長業(yè)務,高能量消耗成本和高二氧化碳排放量,也給移動蜂窩通信技術的發(fā)展帶來了壓力。當今世界,綠色通信的主題被大范圍的討論起來,綠色環(huán)保,節(jié)能減排的理念不斷地被強調。能量效率已經成為了未來綠色節(jié)能通信的設計準則。在一個典型的蜂窩網絡中,基站端的能耗占

4、據整個網絡能耗的60％-80％。為了提高整個蜂窩通信網絡的能量利用效率,提高基站端的能量效率顯得更為重要。
　　本文針對無線異構蜂窩網絡的綠色通信需求,研究了宏基站與毫微微基站層疊覆蓋的兩層網絡下的系統(tǒng)能效優(yōu)化問題。在考慮能量效率和用戶信號質量的情況下,一方面可以通過調整基站的發(fā)射功率來調整整個系統(tǒng)的能量效率,另一方面,在系統(tǒng)總功率固定的情況下,調整用戶的接入方式,以最大化系統(tǒng)吞吐量為目標也能提高系統(tǒng)能效?；谝陨峡紤],本文的主要

5、成果如下:
　　1)根據femto網絡的具體特點,通過分析系統(tǒng)能效的梯度公式,提出了分布式有交互的能效優(yōu)先的功率控制的具體實現方法,基于分布式梯度值交互,能有效地追蹤系統(tǒng)能效隨著功率值改變的變化情況,交互的信息量少,有效提升了系統(tǒng)能效,彌補對能效優(yōu)先的功率控制研究的不足。
　　2)運用非合作博弈理論的思想,宏基站和femto基站分別自私地解決自身的能效最優(yōu)問題,把其他發(fā)送基站的干擾作為噪聲求解一個能效優(yōu)先的注水問題,根據其他

6、基站的功率帶來的干擾做出自身的最優(yōu)功率分配。各個發(fā)送基站采用改進的能效優(yōu)先的注水算法尋找最有利自身能效提高的功率分配策略,多次更新迭代功率配置以達到博弈均衡。仿真結果顯示,本算法不僅提高吞吐量還兼顧到系統(tǒng)能量效率的提高,真正實現能效優(yōu)先的通信。
　　3)研究混合接入模式下,基于打包拍賣模型的femto網絡的用戶接入機制,設計出讓femto簽約用戶和運營商經濟雙贏的接入架構。把混合接入的過程建立成一個前向多物品拍賣過程,并且采用打包

7、捆綁拍賣的思想,即一個網絡運營商(WSP)把一個或者多個希望接入femtocell的用戶打包拍賣接入到贏家femtocell中。通過引入混合接入拍賣,宏用戶的吞吐量得到了顯著提高。與單物品拍賣相比,多物品拍賣對WSP來說更加有利。因為多物品拍賣更加靈活并且增加了競拍價格的多樣性。使得更多的FBS可以參與到競拍的過程中來,通過引入競拍對手,最終拍賣的價格更加有利于WSP。
　　本文通過分析建立系統(tǒng)能效模型,設計了基于凸優(yōu)化理論、博弈