单小区多用户通信系统中基于能量效率的无线资源管理研究

发布时间：2020-11-08 07:42

　　 摘要：随着无线通信技术的飞速发展,无线通信系统的承载能力与覆盖规模不断提升,人们对无线业务的使用频率与依赖程度也越来越高。然而,在追求更高的数据速率、更宽的通信频带、更密集的无线覆盖的同时,无线通信与自然环境、人类社会间的不和谐因素也日趋明显,这主要体现在巨大的能源消耗造成的资源浪费以及伴随而来的环境污染。同时,无线通信的用户多是能量受限的终端设备,无线通信使用率的快速增长与发展相对缓慢的电池、电源技术导致终端侧的用户体验出现“电池瓶颈”。因此,本着节约电能方面的经济支出、减少对环境的有害影响、延长用户的有效通信时间,通过优化能量效率的链路级传输技术提高能量效率是一个亟待解决的问题。 无线资源管理的各个方面,包括功率分配、频谱分配、用户调度和接入控制,在已有的研究中多是优化频谱效率的,而频谱效率与能量效率是一种折中的关系。如何权衡能量效率与QoS (Quality of Service)需求是无线资源管理面临的挑战。现有优化能量效率的无线资源管理存在的缺陷包括：没有考虑上行系统能量效率优化特性,算法设计还有提升系统能量效率的空间；没有基于能量效率的接入控制算法应对单小区网络用户峰值业务量超过网络承载能力的场景;没有考虑不同业务类型的特性差异对能量效率的需求与影响。作为上述问题的探讨,本文面向单小区OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)场景,以优化能量效率的无线资源管理为主题,以能量效率与QoS需求的权衡为主线展开研究。本文的主要工作如下： 1)面向单小区多用户场景,建立上行链路功率与子信道分配问题的最优化数学模型,优化的目标是最大化系统中所有用户能量效率的算术和,同时保证所有用户的最小数据速率要求。此模型的优化函数考虑上行链路用户间的独立性,因为无论是用户的发送功率,还是用户可获得的吞吐量或能量效率都是独立的。所建立的最优化模型是一个混合整数非线性规划问题,使用穷举法计算复杂度高。因此,我们提出低复杂度的功率与子信道分配算法。该算法是保证用户最小数据速率需求与最大化系统能量效率的折中的有效手段。仿真结果表明,相比现有上行链路能效优化的资源分配方案,所提的算法在保证用户的数据速率需求的同时具有较好的系统能量效率。 2)面向用户峰值业务量超过网络可承载业务量的网络模型,将能量效率拓展到接入控制模块,进一步增强能量效率。提出基于能量效率的接入控制的新准则,通过该准则,为系统建立能量效率与用户公平性的折中。同时,设计计算复杂度在可接受范围内的联合接入控制和资源分配算法,在尽可能多的服务网络中用户的情况下优化能量效率。在仿真结果中分析最小数据速率需求、电路功率、用户优先级等参数对能量效率的影响。 3)面向多业务类型的场景,将应用层的业务特征差异引入优化能量效率的研究范畴。建立下行链路基于能效效用函数最优化的数学模型,提出基于能量效率的效用函数的新概念：单位能量消耗所获得的用户满意度,并对模型最优解的必要条件进行理论证明。基于数学理论将原分数优化问题转化为等效的凸优化问题的思想,设计基于能效效用函数的功率和子信道分配算法。仿真结果表明,与已有的基于效用函数的分配算法相比,提出的算法具有较好的能效效用值以及能量效率。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TN92
【部分图文】：

还将继续增长。文献[1]对全球无线移动通信在未来数年的碳排放量进行了预测，并给出了移动通信网络各能耗实体的碳足迹（Carbon footprint)，如图1.1，包括移动设备的制造与运行，接入网部分的制造、建设以及运营，数据中心与数据传输的消耗以及运营商的商务活动等。从图中可以看出，移动通信的碳足迹增长曲线几乎是线性递增的，年增长率约为11万吨二氧化碳当量（C02e)。相比2007年，2014年的C02e增长了 2倍，至2020年，COze将增长2.7倍

输出功率等）与消耗的功率、能量的比值，也就是单位消耗的功率、能量所获得的性能【43】。如图1.2,本小节将根据应用场景与层级介绍一些主要的能效度量。13

本文面向单小区多用户无线通信场景，以优化能量效率的无线资源管理为主题，以能量效率与频谱效率的权衡为主线展开研究。如图1.3所示，本文将按照考虑因素由底层到高层的顺序，针对优化能量效率的无线资源管理问题进行进一步的深入研宄。本文第一章为绪论部分，介绍了本论文的研究背景和意义，给出了无线资源23
【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 王洋;;绿色信息通信网络中的节能减排技术应用[J];电信工程技术与标准化;2010年07期

2 牛志升;龚杰;周盛;;能效与资源优化的超蜂窝移动通信系统基础研究[J];电信科学;2014年12期

3 ;A new scheme of digital communication using chaotic signals in MIMO channels[J];中国科学:信息科学;2012年10期

相关博士学位论文 前2条

1 宋亚楠;基于效用的网络资源分配研究[D];清华大学;2013年

2 刘蓓;基于业务体验的无线资源管理策略研究[D];中国科学技术大学;2012年

本文编号：2874483