面向5G的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)研究.pdf

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

2、以滿足多樣化的應(yīng)用需求，這些新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)成為構(gòu)建5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。然而，小蜂窩部署密度的增大在提升網(wǎng)絡(luò)容量的同時(shí)，也帶來了日益嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)能耗問題。因此，能夠保證一定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)得到了廣泛關(guān)注。本論文針對(duì)面向5G的SCN與Hetnets網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)展開研究。
　　針對(duì)現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行充分的調(diào)研。首先圍繞面向5G的無線網(wǎng)絡(luò)的部署和架構(gòu)特點(diǎn)，介紹了SCN和Hetnets。接著，分別重點(diǎn)研究了同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

3、(Honets，Homogeneous Networks)與Hetnets的長(zhǎng)時(shí)基站(BS，Base Station)節(jié)能技術(shù)，包括BS休眠與小區(qū)范圍擴(kuò)展。為實(shí)現(xiàn)Honets的節(jié)能目標(biāo)，可以關(guān)閉低負(fù)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(kuò)展來補(bǔ)償出現(xiàn)的覆蓋漏洞。在此基礎(chǔ)上，研究Hetnets節(jié)能技術(shù)，通常動(dòng)態(tài)地讓低負(fù)載LPN進(jìn)入休眠模式，由MacroBS負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，讓網(wǎng)絡(luò)資源適應(yīng)負(fù)載的空時(shí)波動(dòng)性。此最后，簡(jiǎn)單介紹了無線網(wǎng)絡(luò)的短

4、時(shí)BS節(jié)能技術(shù)，以在更小的時(shí)間尺度上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的最優(yōu)配置。
　　以降低超密集SCN的能耗為目標(biāo)，研究網(wǎng)絡(luò)負(fù)載動(dòng)態(tài)變化條件下的Micro BS扇區(qū)休眠算法。針對(duì)三扇區(qū)Micro BS密集部署而構(gòu)成的同構(gòu)SCN場(chǎng)景，提出了周期性地動(dòng)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(jià)值函數(shù)，按照合理次序?qū)﹂_啟扇區(qū)進(jìn)行測(cè)試，以盡可能多地關(guān)閉冗余扇區(qū)，有兩種設(shè)計(jì)方案，其中啟發(fā)式方案復(fù)雜度較高，對(duì)此，提出了漸進(jìn)式方案，通過避

5、免不必要的測(cè)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(diào)整算法讓部分不適合休眠的扇區(qū)繼續(xù)保持開啟，并調(diào)整部分開啟扇區(qū)的電下傾角，保障網(wǎng)絡(luò)覆蓋。接著，為了讓移交UE重新選擇合適的服務(wù)扇區(qū)與帶寬資源，提出一個(gè)UE移交算法。仿真結(jié)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(luò)負(fù)載的波動(dòng)，不同的第一階段方案導(dǎo)致類似的節(jié)能效果，但漸進(jìn)式方案可以顯著減少休眠算法的執(zhí)行時(shí)間。
　　在上一章扇區(qū)休眠算法研究的基礎(chǔ)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(xì)闡述了UE接入宏微BS的過程以及相應(yīng)的無線資源分配方案。接著綜合考慮Hetnets的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了Pico BS價(jià)值函數(shù)，以協(xié)助休眠算法按照合理順序測(cè)試開啟的PicoBS。隨后提出了兩種動(dòng)態(tài)Pico BS休眠算法（即啟發(fā)式與漸進(jìn)式），通過周期性地配置Pico BS的工作模式，實(shí)現(xiàn)Hetnets的節(jié)能目標(biāo)。啟發(fā)式算法依賴價(jià)值函數(shù)逐個(gè)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中所有的Pic

7、o BS，由于復(fù)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(jìn)式Pico BS休眠算法。對(duì)于被測(cè)試的Pico BS，為了盡可能地關(guān)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(jié)果表明，漸進(jìn)式算法的執(zhí)行時(shí)間平均只有啟發(fā)式算法的三分之一，而且可以關(guān)閉更多的Pico BS，但對(duì)阻塞概率只有輕微的不利影響