摘要：隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展,無線通信系統(tǒng)的承載能力與覆蓋規(guī)模不斷提升,人們對無線業(yè)務(wù)的使用頻率與依賴程度也越來越高。然而,在追求更高的數(shù)據(jù)速率、更寬的通信頻帶、更密集的無線覆蓋的同時,無線通信與自然環(huán)境、人類社會間的不和諧因素也日趨明顯,這主要體現(xiàn)在巨大的能源消耗造成的資源浪費(fèi)以及伴隨而來的環(huán)境污染。同時,無線通信的用戶多是能量受限的終端設(shè)備,無線通信使用率的快速增長與發(fā)展相對緩慢的電池、電源技術(shù)導(dǎo)致終端側(cè)的用戶體驗(yàn)出現(xiàn)“電池瓶頸”。因此,本著節(jié)約電能方面的經(jīng)濟(jì)支出、減少對環(huán)境的有害影響、延長用戶的有效通信時間,通過優(yōu)化能量效率的鏈路級傳輸技術(shù)提高能量效率是一個亟待解決的問題。 無線資源管理的各個方面,包括功率分配、頻譜分配、用戶調(diào)度和接入控制,在已有的研究中多是優(yōu)化頻譜效率的,而頻譜效率與能量效率是一種折中的關(guān)系。如何權(quán)衡能量效率與QoS (Quality of Service)需求是無線資源管理面臨的挑戰(zhàn)�，F(xiàn)有優(yōu)化能量效率的無線資源管理存在的缺陷包括：沒有考慮上行系統(tǒng)能量效率優(yōu)化特性,算法設(shè)計(jì)還有提升系統(tǒng)能量效率的空間；沒有基于能量效率的接入控制算法應(yīng)對單小區(qū)網(wǎng)絡(luò)用戶峰值業(yè)務(wù)量超過網(wǎng)絡(luò)承載能力的場景;沒有考慮不同業(yè)務(wù)類型的特性差異對能量效率的需求與影響。作為上述問題的探討,本文面向單小區(qū)OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)場景,以優(yōu)化能量效率的無線資源管理為主題,以能量效率與QoS需求的權(quán)衡為主線展開研究。本文的主要工作如下： 1)面向單小區(qū)多用戶場景,建立上行鏈路功率與子信道分配問題的最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,優(yōu)化的目標(biāo)是最大化系統(tǒng)中所有用戶能量效率的算術(shù)和,同時保證所有用戶的最小數(shù)據(jù)速率要求。此模型的優(yōu)化函數(shù)考慮上行鏈路用戶間的獨(dú)立性,因?yàn)闊o論是用戶的發(fā)送功率,還是用戶可獲得的吞吐量或能量效率都是獨(dú)立的。所建立的最優(yōu)化模型是一個混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題,使用窮舉法計(jì)算復(fù)雜度高。因此,我們提出低復(fù)雜度的功率與子信道分配算法。該算法是保證用戶最小數(shù)據(jù)速率需求與最大化系統(tǒng)能量效率的折中的有效手段。仿真結(jié)果表明,相比現(xiàn)有上行鏈路能效優(yōu)化的資源分配方案,所提的算法在保證用戶的數(shù)據(jù)速率需求的同時具有較好的系統(tǒng)能量效率。 2)面向用戶峰值業(yè)務(wù)量超過網(wǎng)絡(luò)可承載業(yè)務(wù)量的網(wǎng)絡(luò)模型,將能量效率拓展到接入控制模塊,進(jìn)一步增強(qiáng)能量效率。提出基于能量效率的接入控制的新準(zhǔn)則,通過該準(zhǔn)則,為系統(tǒng)建立能量效率與用戶公平性的折中。同時,設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜度在可接受范圍內(nèi)的聯(lián)合接入控制和資源分配算法,在盡可能多的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中用戶的情況下優(yōu)化能量效率。在仿真結(jié)果中分析最小數(shù)據(jù)速率需求、電路功率、用戶優(yōu)先級等參數(shù)對能量效率的影響。 3)面向多業(yè)務(wù)類型的場景,將應(yīng)用層的業(yè)務(wù)特征差異引入優(yōu)化能量效率的研究范疇。建立下行鏈路基于能效效用函數(shù)最優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型,提出基于能量效率的效用函數(shù)的新概念：單位能量消耗所獲得的用戶滿意度,并對模型最優(yōu)解的必要條件進(jìn)行理論證明。基于數(shù)學(xué)理論將原分?jǐn)?shù)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為等效的凸優(yōu)化問題的思想,設(shè)計(jì)基于能效效用函數(shù)的功率和子信道分配算法。仿真結(jié)果表明,與已有的基于效用函數(shù)的分配算法相比,提出的算法具有較好的能效效用值以及能量效率。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN92
【部分圖文】：

還將繼續(xù)增長。文獻(xiàn)[1]對全球無線移動通信在未來數(shù)年的碳排放量進(jìn)行了預(yù)測，并給出了移動通信網(wǎng)絡(luò)各能耗實(shí)體的碳足跡（Carbon footprint)，如圖1.1，包括移動設(shè)備的制造與運(yùn)行，接入網(wǎng)部分的制造、建設(shè)以及運(yùn)營，數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)傳輸?shù)南囊约斑\(yùn)營商的商務(wù)活動等。從圖中可以看出，移動通信的碳足跡增長曲線幾乎是線性遞增的，年增長率約為11萬噸二氧化碳當(dāng)量（C02e)。相比2007年，2014年的C02e增長了 2倍，至2020年，COze將增長2.7倍

輸出功率等）與消耗的功率、能量的比值，也就是單位消耗的功率、能量所獲得的性能【43】。如圖1.2,本小節(jié)將根據(jù)應(yīng)用場景與層級介紹一些主要的能效度量。13

本文面向單小區(qū)多用戶無線通信場景，以優(yōu)化能量效率的無線資源管理為主題，以能量效率與頻譜效率的權(quán)衡為主線展開研究。如圖1.3所示，本文將按照考慮因素由底層到高層的順序，針對優(yōu)化能量效率的無線資源管理問題進(jìn)行進(jìn)一步的深入研宄。本文第一章為緒論部分，介紹了本論文的研究背景和意義，給出了無線資源23
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 王洋;;綠色信息通信網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用[J];電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化;2010年07期

2 牛志升;龔杰;周盛;;能效與資源優(yōu)化的超蜂窩移動通信系統(tǒng)基礎(chǔ)研究[J];電信科學(xué);2014年12期

3 ;A new scheme of digital communication using chaotic signals in MIMO channels[J];中國科學(xué):信息科學(xué);2012年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 宋亞楠;基于效用的網(wǎng)絡(luò)資源分配研究[D];清華大學(xué);2013年

2 劉蓓;基于業(yè)務(wù)體驗(yàn)的無線資源管理策略研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

本文編號：2874483