面向5G的無線網(wǎng)絡節(jié)能技術研究.pdf

1、隨著移動通信技術的快速發(fā)展和移動數(shù)據(jù)流量的指數(shù)式增長，超密集小蜂窩網(wǎng)絡(SCN，SmallCell Network)與異構網(wǎng)絡(Hetnets，Heterogeneous Networks)等新型網(wǎng)絡的研究在業(yè)界得到了極大重視。以部署低功率接入點(LPN，Low Power Node)為特征的SCN拉近了用戶設備(UE，UserEquipment)與無線網(wǎng)絡之間的距離，極大地提升了網(wǎng)絡容量與用戶體驗，而宏微蜂窩重疊部署的Hetnets可

2、以滿足多樣化的應用需求，這些新型網(wǎng)絡架構已經(jīng)成為構建5G移動通信系統(tǒng)的關鍵技術。然而，小蜂窩部署密度的增大在提升網(wǎng)絡容量的同時，也帶來了日益嚴重的網(wǎng)絡能耗問題。因此，能夠保證一定網(wǎng)絡服務質量的網(wǎng)絡節(jié)能技術得到了廣泛關注。本論文針對面向5G的SCN與Hetnets網(wǎng)絡節(jié)能技術展開研究。
　　針對現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡節(jié)能技術進行充分的調研。首先圍繞面向5G的無線網(wǎng)絡的部署和架構特點，介紹了SCN和Hetnets。接著，分別重點研究了同構網(wǎng)絡

3、(Honets，Homogeneous Networks)與Hetnets的長時基站(BS，Base Station)節(jié)能技術，包括BS休眠與小區(qū)范圍擴展。為實現(xiàn)Honets的節(jié)能目標，可以關閉低負載小區(qū)或扇區(qū)，剩余的開啟小區(qū)或扇區(qū)通過覆蓋范圍擴展來補償出現(xiàn)的覆蓋漏洞。在此基礎上，研究Hetnets節(jié)能技術，通常動態(tài)地讓低負載LPN進入休眠模式，由MacroBS負責網(wǎng)絡覆蓋，讓網(wǎng)絡資源適應負載的空時波動性。此最后，簡單介紹了無線網(wǎng)絡的短

4、時BS節(jié)能技術，以在更小的時間尺度上實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的最優(yōu)配置。
　　以降低超密集SCN的能耗為目標，研究網(wǎng)絡負載動態(tài)變化條件下的Micro BS扇區(qū)休眠算法。針對三扇區(qū)Micro BS密集部署而構成的同構SCN場景，提出了周期性地動態(tài)配置所有扇區(qū)工作模式的兩階段扇區(qū)休眠算法。第一階段算法依據(jù)扇區(qū)價值函數(shù)，按照合理次序對開啟扇區(qū)進行測試，以盡可能多地關閉冗余扇區(qū)，有兩種設計方案，其中啟發(fā)式方案復雜度較高，對此，提出了漸進式方案，通過避

5、免不必要的測試過程，克服啟發(fā)式方案的不足。第二階段扇區(qū)工作模式重調整算法讓部分不適合休眠的扇區(qū)繼續(xù)保持開啟，并調整部分開啟扇區(qū)的電下傾角，保障網(wǎng)絡覆蓋。接著，為了讓移交UE重新選擇合適的服務扇區(qū)與帶寬資源，提出一個UE移交算法。仿真結果表明，所提出的休眠算法能夠讓開啟的扇區(qū)數(shù)量有效地跟蹤網(wǎng)絡負載的波動，不同的第一階段方案導致類似的節(jié)能效果，但漸進式方案可以顯著減少休眠算法的執(zhí)行時間。
　　在上一章扇區(qū)休眠算法研究的基礎上，繼續(xù)研究

6、Hetnets中微微基站(Pico BS)的休眠算法。從Hetnets系統(tǒng)模型出發(fā)，詳細闡述了UE接入宏微BS的過程以及相應的無線資源分配方案。接著綜合考慮Hetnets的特點，設計了Pico BS價值函數(shù)，以協(xié)助休眠算法按照合理順序測試開啟的PicoBS。隨后提出了兩種動態(tài)Pico BS休眠算法（即啟發(fā)式與漸進式），通過周期性地配置Pico BS的工作模式，實現(xiàn)Hetnets的節(jié)能目標。啟發(fā)式算法依賴價值函數(shù)逐個測試網(wǎng)絡中所有的Pic

7、o BS，由于復雜度較高而不適合Pico BS密集部署的Hetnets。為了加速啟發(fā)式算法的執(zhí)行過程，提出了漸進式Pico BS休眠算法。對于被測試的Pico BS，為了盡可能地關閉Pico BS，考慮首先將其UE移交到鄰近宏基站(Macro BS)，在移交不成功的情況下，再嘗試將UE移交到鄰近Pico BS。仿真結果表明，漸進式算法的執(zhí)行時間平均只有啟發(fā)式算法的三分之一，而且可以關閉更多的Pico BS，但對阻塞概率只有輕微的不利影響