異構(gòu)網(wǎng)中能效-譜效性能分析及高能效設(shè)計(jì).pdf

1、隨著信息通信技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶(hù)終端與應(yīng)用的多樣性帶來(lái)了移動(dòng)通信網(wǎng)中業(yè)務(wù)量的指數(shù)增長(zhǎng)?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)部署方案已不能良好的支撐移動(dòng)通信網(wǎng)中的數(shù)據(jù)洪流，因此，能為具有空時(shí)動(dòng)態(tài)特性的高業(yè)務(wù)量提供高效服務(wù)的演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)成為一個(gè)新的問(wèn)題。近期，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)正被各大運(yùn)營(yíng)商考慮作為新型網(wǎng)絡(luò)部署架構(gòu)。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包含多種類(lèi)型的基站，不同類(lèi)型的基站對(duì)應(yīng)不同的發(fā)射功率、工作載頻、部署密度等配置參數(shù)，通過(guò)區(qū)域重疊覆蓋可為具有不同移動(dòng)速度、不同業(yè)務(wù)量需求及多業(yè)務(wù)種類(lèi)的

2、用戶(hù)提供個(gè)性化且低成本的服務(wù)。
　　然而，網(wǎng)絡(luò)能量消耗，作為一個(gè)日益嚴(yán)重的問(wèn)題，逐漸成為運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的焦點(diǎn)。包括沃達(dá)豐、中國(guó)移動(dòng)等世界著名運(yùn)營(yíng)商的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，隨著移動(dòng)通信中業(yè)務(wù)量的指數(shù)增長(zhǎng)，且網(wǎng)絡(luò)中部署的基站密度不斷增大，由基站主導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)能量消耗也不斷提高，各大運(yùn)營(yíng)商每年需要支付高額的能源費(fèi)用。另外一方面，巨大能量消耗伴隨的碳排放也是一個(gè)不可忽視的環(huán)境問(wèn)題。因此，需在包括異構(gòu)網(wǎng)等新型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，研究如何根據(jù)業(yè)務(wù)分布、用戶(hù)移動(dòng)模型、

3、業(yè)務(wù)需求與行為特征關(guān)系等相關(guān)特征，實(shí)現(xiàn)高能效的網(wǎng)絡(luò)部署、基站工作模式管理及相應(yīng)的資源分配，是最近幾年學(xué)術(shù)界與工業(yè)界都關(guān)注的新問(wèn)題。
　　近五年，學(xué)術(shù)界對(duì)上述問(wèn)題的研究主要圍繞基站休眠和高能效資源分配兩方面進(jìn)展。本文針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)一步開(kāi)展了如下研究工作：1)提出了根據(jù)業(yè)務(wù)空時(shí)動(dòng)態(tài)特性的相關(guān)預(yù)測(cè)指數(shù)，提出基于該指數(shù)完成網(wǎng)絡(luò)中基站工作狀態(tài)決策的管理策略；2)提出根據(jù)異構(gòu)網(wǎng)中不同類(lèi)型基站的功耗，完成動(dòng)態(tài)選擇用戶(hù)與基站進(jìn)行關(guān)聯(lián)的方法；3)提出

4、了針對(duì)多業(yè)務(wù)共存網(wǎng)絡(luò)的高能效的資源分配框架，利用仿真評(píng)估結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　第一章主要概述了當(dāng)前主要存在的問(wèn)題與研究重點(diǎn)，同時(shí)闡述了本文的內(nèi)容及研究成果，最后簡(jiǎn)述了本文的框架。
　　第二章主要從網(wǎng)絡(luò)的角度，研究了業(yè)務(wù)的空間、時(shí)間動(dòng)態(tài)特性，并進(jìn)一步研究業(yè)務(wù)的空時(shí)分布相關(guān)特性，本文創(chuàng)新性地定義了一個(gè)業(yè)務(wù)空時(shí)分布相關(guān)預(yù)測(cè)指數(shù)，并提出了基于該相關(guān)預(yù)測(cè)指數(shù)的一種異構(gòu)網(wǎng)基站節(jié)能管理方案。這一工作的創(chuàng)新性主要是研究了該方案中

5、預(yù)測(cè)窗口長(zhǎng)度對(duì)節(jié)能效果與系統(tǒng)性能的影響，仿真結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了所提方案的有效性。
　　第三章主要從用戶(hù)的角度，研究了異構(gòu)網(wǎng)中的用戶(hù)設(shè)備和基站之間的最優(yōu)關(guān)聯(lián)（User Association）問(wèn)題。用戶(hù)關(guān)聯(lián)問(wèn)題的核心是如何為每個(gè)用戶(hù)從待選基站集合中選擇能耗最低且滿(mǎn)足服務(wù)質(zhì)量需求的基站。本文首先提出根據(jù)不同類(lèi)型基站的功耗模型構(gòu)建系統(tǒng)總能耗函數(shù)的方法。然后，依據(jù)優(yōu)化最小化(Majorization-Minimization)方法，將原有的

6、組合問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)線(xiàn)性?xún)?yōu)化問(wèn)題，提出了一種次優(yōu)的用戶(hù)設(shè)備與基站關(guān)聯(lián)算法，并在異構(gòu)網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　第四章針對(duì)正交頻分多址異構(gòu)網(wǎng)，研究了當(dāng)不同業(yè)務(wù)共存時(shí)的高能效資源分配算法。通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)劃分為時(shí)延敏感與時(shí)延非敏感類(lèi)業(yè)務(wù)，本文首先構(gòu)建了基于多業(yè)務(wù)共存網(wǎng)絡(luò)的能效最大化模型，然后，將該復(fù)雜優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)一步分解，提出了利用拉格朗日對(duì)偶方法的子信道與下行傳輸功率的最優(yōu)分配方案，并在異構(gòu)網(wǎng)環(huán)境中進(jìn)行算法的仿真,仿真結(jié)果表明，多業(yè)