无线网络能效优化技术研究

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近年来,随着人们对能源消耗和环境问题的关注,移动通信网络的能耗问题也越来越引起广大研究者的关注,系统的能量效率成为衡量通信网络的重要性能指标之一。对于频谱资源极为受限的移动通信系统,系统频谱效率是极为重要的指标。然而能量效率和频谱效率这两种度量指标有时候甚至是相互对立的,片面追求其中一个指标将会造成另一指标的下降。两种指标间的平衡和折衷和联合优化成为一个热点问题。本文首先简要介绍了国内外无线通信网络节能技术的研究现状,然后提出了能量效率频谱效率联合优化的两个算法。针对长期演进技术(Long Tern Evolution,LTE)下行多小区场景,提出了一种能效谱效联合优化的功率分配算法,力求达到频谱效率和能量效率的同时优化。将能量效率频谱效率联合优化的问题建模为代价函数单目标优化问题。由于多小区场景功率分配问题为NP难(Non-deterministic Polynomial Hard)问题,通过迭代进行求解。在每次迭代中,将问题划分为两个子问题进行求解,即基站发射功率优化问题和用户功率分配优化问题。先通过梯度下降法更新基站总发射功率,接着对于给定的总发射功率求出最优的用户功率分配,然后根据用户功率分配更新用户的信干噪比直至用户功率分配收敛。仿真结果证明算法通过调节代价函数中的加权系数可以有效地折衷能量效率与频谱效率。针对支持多点协作传输技术(Coordinated multipoint Processing,CoMP)的异构网下行场景,考虑用户间公平性,提出了能量效率频谱效率联合优化的资源分配策略。首先通过线性加权的方法,将能量效率频谱效率联合优化的多目标优化问题利用加权系数转化为代价函数单目标优化问题。对单目标函数进行迭代求解,获得能量效率、频谱效率的折衷。在每次迭代中,通过对偶方法将用户速率作为新变量,通过约束新变量简化用户对数速率与功率之间的关系,再分别对CoMP频段和non-CoMP频段内资源进行分配。在分配子载波时,利用子载波资源之间的隔离性分别求出用户最优发射功率,再通过最优发射功率选择最优子载波分配,然后根据新的资源分配情况更新对偶方法中引入的变量直至变量收敛至用户速率。仿真结果表明同时考虑CoMP和用户间公平性可以改善系统性能,证明了算法的有效性。
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