【摘要】：隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展和移動(dòng)終端設(shè)備的大量普及,全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)流量出現(xiàn)了爆發(fā)式的增長(zhǎng)。異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)(Heterogeneous cellular networks,HCN)作為能提升系統(tǒng)容量,改善邊緣覆蓋的技術(shù)得到了業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)在宏小區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)部署不同的低功率基站節(jié)點(diǎn),通過節(jié)點(diǎn)的密集部署來提高網(wǎng)絡(luò)的容量和覆蓋。但是基站結(jié)點(diǎn)的密集部署造成了能量消耗的不斷攀升,給經(jīng)濟(jì)和環(huán)境造成了巨大的影響。為了節(jié)能環(huán)保,實(shí)現(xiàn)綠色通信,本文對(duì)異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的能量效率(Energy Efficiency,EE)進(jìn)行了研究。首先,本文研究了微基站密度對(duì)系統(tǒng)能量效率的影響。利用隨機(jī)幾何中的齊次泊松點(diǎn)過程(Poisson Point Process,PPP)對(duì)異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模,然后在瑞利信道環(huán)境下推導(dǎo)了系統(tǒng)的覆蓋率和可達(dá)速率的表達(dá)式,并且推導(dǎo)了能量效率的閉合形式表達(dá)式,再通過凸優(yōu)化算法對(duì)微基站密度進(jìn)行優(yōu)化,使網(wǎng)絡(luò)能量效率達(dá)到最大。仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。在此研究基礎(chǔ)上,本文研究了異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于能效的資源分配問題。為了降低問題分析的復(fù)雜度,將資源分配問題分為三個(gè)子問題:基站分配、子載波分配和功率分配。針對(duì)基站分配子問題,采用基于所有子信道平均信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)的準(zhǔn)則確定用戶和基站的關(guān)聯(lián)。基站分配確定后,在傳統(tǒng)比例公平算法的基礎(chǔ)上,提出了基于子載波調(diào)整的比例公平算法來得到子載波分配。子載波分配確定后,針對(duì)功率分配子問題,首先利用Dinkelbach求解分?jǐn)?shù)規(guī)劃的思想,將分式形式的目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)換為減數(shù)形式的目標(biāo)函數(shù),然后利用拉格朗日對(duì)偶和次梯度法得到最優(yōu)的功率分配。仿真結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性。
【圖文】：

圖 1.1 5G 的關(guān)鍵能力1.1.1 異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)隨著智能手機(jī)、平板電腦、智能手環(huán)、智能眼鏡等無線終端設(shè)備的出現(xiàn)，以及微信、QQ、游戲、網(wǎng)購(gòu)等應(yīng)用軟件的風(fēng)靡使得人們可以隨時(shí)隨地地進(jìn)行聊天、娛樂和購(gòu)物。這些導(dǎo)致了全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量出現(xiàn)了急劇的增長(zhǎng)。根據(jù)思科公司最新公布的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示[4]，預(yù)計(jì)到 2021年，全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將達(dá)到 2016 年的 7 倍，并且平均每人將會(huì)擁有 1.5 個(gè)移動(dòng)設(shè)備。面對(duì)快速增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)流量和終端數(shù)量，通信運(yùn)營(yíng)商通常通過以下幾種方式來提升系統(tǒng)的容量：1）增加系統(tǒng)的頻譜資源；2）采用先進(jìn)的物理層技術(shù)來提升系統(tǒng)容量；3）通過小區(qū)分裂增加基站的數(shù)量來提升系統(tǒng)的容量。對(duì)于第一種方式，雖然增加系統(tǒng)的頻率資源可以提升容量，但是在無線通信中頻率資源是非常寶貴的，這會(huì)給運(yùn)營(yíng)商帶來高昂的成本。對(duì)于第二種方式，隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的 4G 系統(tǒng)采用的多輸入多輸出（Multiple Input Multiple

（a）同構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò) （b）異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)圖 2.3 基于 PPP 的蜂窩網(wǎng)絡(luò)模型2.1.4 異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)能技術(shù)由于微基站的大規(guī)模部署，，異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基站變得愈加密集，導(dǎo)致了能量的巨大消耗。近年來，人們針對(duì)異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能技術(shù)做了一些研究[37]，概括如下：基站睡眠：由于在網(wǎng)絡(luò)部署的階段，基站一般都是根據(jù)峰值負(fù)載而部署的。但是在實(shí)際系統(tǒng)中，負(fù)載會(huì)隨著時(shí)間和空間的變化而產(chǎn)生波動(dòng)。首先在時(shí)間尺度上，通常白天用戶的活躍數(shù)量要比晚上用戶的活躍數(shù)量更大，所以就造成晚上基站的負(fù)載比白天小的多。然后在空間尺度上，由于地理位置的差異或者用戶移動(dòng)性的影響，導(dǎo)致不用區(qū)域網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的不均衡，可能會(huì)出現(xiàn)有的基站過載，而有的基站只服務(wù)了很少的用戶。因此，在輕負(fù)載時(shí)間段或區(qū)域動(dòng)態(tài)的關(guān)閉一些基站可以有效的降低網(wǎng)絡(luò)的能耗。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 邱暢嘯;冷u&鵬;葉宇;;基于能效的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合切換調(diào)度和資源分配算法[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2015年06期

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1 周玲玲;OFDMA系統(tǒng)中基于能量效率的資源分配優(yōu)化研究[D];南京郵電大學(xué);2016年

2 胡齊俊;LTE-A中OFDMA系統(tǒng)的能效資源分配算法研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2015年

3 楊華;基于OFDMA異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的信道分配研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

4 寧海芹;基于機(jī)器學(xué)習(xí)的Femtocell系統(tǒng)功率控制算法研究及優(yōu)化[D];南京郵電大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2670972