【摘要】：隨著無線通信技術的迅速發(fā)展和移動終端設備的大量普及,全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)流量出現(xiàn)了爆發(fā)式的增長。異構蜂窩網(wǎng)絡(Heterogeneous cellular networks,HCN)作為能提升系統(tǒng)容量,改善邊緣覆蓋的技術得到了業(yè)界和學術界的廣泛關注。異構蜂窩網(wǎng)絡在宏小區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)部署不同的低功率基站節(jié)點,通過節(jié)點的密集部署來提高網(wǎng)絡的容量和覆蓋。但是基站結點的密集部署造成了能量消耗的不斷攀升,給經(jīng)濟和環(huán)境造成了巨大的影響。為了節(jié)能環(huán)保,實現(xiàn)綠色通信,本文對異構蜂窩網(wǎng)絡的能量效率(Energy Efficiency,EE)進行了研究。首先,本文研究了微基站密度對系統(tǒng)能量效率的影響。利用隨機幾何中的齊次泊松點過程(Poisson Point Process,PPP)對異構蜂窩網(wǎng)絡進行建模,然后在瑞利信道環(huán)境下推導了系統(tǒng)的覆蓋率和可達速率的表達式,并且推導了能量效率的閉合形式表達式,再通過凸優(yōu)化算法對微基站密度進行優(yōu)化,使網(wǎng)絡能量效率達到最大。仿真結果驗證了理論分析的正確性。在此研究基礎上,本文研究了異構蜂窩網(wǎng)絡中基于能效的資源分配問題。為了降低問題分析的復雜度,將資源分配問題分為三個子問題:基站分配、子載波分配和功率分配。針對基站分配子問題,采用基于所有子信道平均信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)的準則確定用戶和基站的關聯(lián)�；痉峙浯_定后,在傳統(tǒng)比例公平算法的基礎上,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,針對功率分配子問題,首先利用Dinkelbach求解分數(shù)規(guī)劃的思想,將分式形式的目標函數(shù)轉(zhuǎn)換為減數(shù)形式的目標函數(shù),然后利用拉格朗日對偶和次梯度法得到最優(yōu)的功率分配。仿真結果驗證了算法的有效性。
【圖文】：

圖 1.1 5G 的關鍵能力1.1.1 異構蜂窩網(wǎng)絡隨著智能手機、平板電腦、智能手環(huán)、智能眼鏡等無線終端設備的出現(xiàn)，以及微信、QQ、游戲、網(wǎng)購等應用軟件的風靡使得人們可以隨時隨地地進行聊天、娛樂和購物。這些導致了全球移動數(shù)據(jù)流量出現(xiàn)了急劇的增長。根據(jù)思科公司最新公布的預測數(shù)據(jù)顯示[4]，預計到 2021年，全球移動數(shù)據(jù)流量將達到 2016 年的 7 倍，并且平均每人將會擁有 1.5 個移動設備。面對快速增長的數(shù)據(jù)流量和終端數(shù)量，通信運營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）采用先進的物理層技術來提升系統(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，這會給運營商帶來高昂的成本。對于第二種方式，隨著無線通信技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的 4G 系統(tǒng)采用的多輸入多輸出（Multiple Input Multiple

（a）同構蜂窩網(wǎng)絡 （b）異構蜂窩網(wǎng)絡圖 2.3 基于 PPP 的蜂窩網(wǎng)絡模型2.1.4 異構蜂窩網(wǎng)絡中的節(jié)能技術由于微基站的大規(guī)模部署，，異構蜂窩網(wǎng)絡的基站變得愈加密集，導致了能量的巨大消耗。近年來，人們針對異構蜂窩網(wǎng)絡的節(jié)能技術做了一些研究[37]，概括如下：基站睡眠：由于在網(wǎng)絡部署的階段，基站一般都是根據(jù)峰值負載而部署的。但是在實際系統(tǒng)中，負載會隨著時間和空間的變化而產(chǎn)生波動。首先在時間尺度上，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性的影響，導致不用區(qū)域網(wǎng)絡負載的不均衡，可能會出現(xiàn)有的基站過載，而有的基站只服務了很少的用戶。因此，在輕負載時間段或區(qū)域動態(tài)的關閉一些基站可以有效的降低網(wǎng)絡的能耗。
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 邱暢嘯;冷u&鵬;葉宇;;基于能效的異構無線網(wǎng)絡聯(lián)合切換調(diào)度和資源分配算法[J];計算機應用;2015年06期

相關碩士學位論文 前4條

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;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];長安大學;2015年

3 楊華;基于OFDMA異構網(wǎng)絡的信道分配研究[D];西安電子科技大學;2015年

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

本文編號：2670972