異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中能效優(yōu)先的接入機(jī)制研究.pdf

1、新一代以 OFDM( Orthogonal Frequency Division Multiplexing)和 MIMIO(Multiple-Input Multiple-Output)技術(shù)為核心的LTE-Advanced通信系統(tǒng)對通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力提出了更高的要求,因此需要提升單位傳輸帶寬上的數(shù)據(jù)傳輸速率,即提高系統(tǒng)的頻譜效率。另一方面,通信行業(yè)高速發(fā)展所帶來的高能耗問題也引起了社會的廣泛關(guān)注。未來移動通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展必須要面對能

2、量消耗的挑戰(zhàn),要求在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的同時(shí)降低單位業(yè)務(wù)量的能量消耗,實(shí)現(xiàn)綠色通信。如何降低移動通信網(wǎng)絡(luò)所消耗的能量,提高移動通信系統(tǒng)的能量效率( Energy Efficiency, EE),用盡可能少的能量傳輸盡可能多的數(shù)據(jù),已成為了當(dāng)前移動通信研究領(lǐng)域一個(gè)新的熱點(diǎn)問題。
　　由于傳統(tǒng)的宏基站成本高,能耗大,而在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中重疊部署一些低功率節(jié)點(diǎn)如中繼、微微基站、毫微微基站使得網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)化,能夠增加網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍,提高系統(tǒng)容量。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

3、中由于低功率節(jié)點(diǎn)能耗低,較之于部署宏基站能夠減少系統(tǒng)的能量消耗;而小基站一般部署在熱點(diǎn)區(qū)域或者蜂窩網(wǎng)絡(luò)的盲區(qū),距離用戶較近,信號傳輸?shù)膿p耗小,能夠提高用戶的服務(wù)質(zhì)量(QoS)。因此,部署異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將宏小區(qū)的流量卸載到小基站中是提高系統(tǒng)能量效率的可行方法。然而,新加入的網(wǎng)絡(luò)元素在傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生了新的小區(qū),宏小區(qū)和低功率節(jié)點(diǎn)小區(qū)、低功率節(jié)點(diǎn)小區(qū)之間形成許多小區(qū)邊緣,使得網(wǎng)絡(luò)中的干擾分布情形變得復(fù)雜。系統(tǒng)中用戶的接入小區(qū)選擇成為最基本的挑

4、戰(zhàn),一方面運(yùn)營商希望更多的用戶接入到低功率節(jié)點(diǎn),最大限度地利用小節(jié)點(diǎn),減少系統(tǒng)的能量消耗,提高系統(tǒng)容量;另一方面,由于低功率節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率低,距離較遠(yuǎn)的用戶受到宏小區(qū)的嚴(yán)重干擾。因此,在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中,需要提出一個(gè)有效的接入選擇方案來提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能量效率。
　　本文在宏基站和微微基站聯(lián)合部署的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下,研究用戶的選擇接入策略對系統(tǒng)的性能影響,提出優(yōu)化系統(tǒng)性能的接入方案,設(shè)計(jì)基于動態(tài)規(guī)劃、遺傳算法等優(yōu)化算法的接入機(jī)制,為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場

5、景下用戶的接入選擇提供有效的策略方案。
　　在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中,低功率節(jié)點(diǎn)分擔(dān)宏小區(qū)的流量的現(xiàn)象我們稱之為流量卸載(Traffic Offloading)。本文首先提出了在宏小區(qū)-微微小區(qū)聯(lián)合部署場景下易于實(shí)現(xiàn)的流量卸載算法——TO(Traffic Offloading)算法。TO算法是基于用戶的測量參數(shù)RSRP(Reference Signal Received Power)的接入選擇算法,該算法的主要思想是將宏小區(qū)用戶卸載到滿足 R

6、SRP和小區(qū)負(fù)載條件的微微小區(qū)中。由于在新型網(wǎng)絡(luò)中增加了很多的小區(qū)邊緣,小區(qū)邊緣的干擾較為嚴(yán)重,本文將部分頻譜復(fù)用技術(shù)(FFR,Fractional Frequency Reuse)與TO算法相結(jié)合,提出了TOFFR(Traffic Offloading based on Fractional Frequency Reuse)流量卸載算法。仿真結(jié)果表明,兩種流量卸載算法都能有效地提高系統(tǒng)的能量效率,而TOFFR算法性能更佳。
　　

7、動態(tài)的流量卸載是本文接下來考慮的情形,基于此,本文將動態(tài)的流量卸載分為即時(shí)流量卸載和延時(shí)流量卸載,并且依據(jù)用戶的卸載模型,對動態(tài)流量卸載進(jìn)行動態(tài)規(guī)劃問題建模,將整體能效優(yōu)化目標(biāo)轉(zhuǎn)化成多階段接入決策的最優(yōu)化子問題進(jìn)行求解。在該方案中,考慮了不同的時(shí)延參數(shù),利用用戶速率限制條件減少算法復(fù)雜度。仿真結(jié)果顯示,與基于 RSRP的流量卸載算法相比較,基于動態(tài)規(guī)劃的流量卸載算法能夠有效地提高系統(tǒng)的能量效率和流量卸載效率。
　　頻譜效率(SE,

8、Spectral Efficiency)也是衡量系統(tǒng)優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一。本文將系統(tǒng)的能量效率和頻譜效率作為優(yōu)化目標(biāo),提出了SE-EE聯(lián)合優(yōu)化的接入方案。對于SE-EE的多目標(biāo)優(yōu)化問題,首先利用層次分析法分析優(yōu)化目標(biāo)SE和EE的判斷準(zhǔn)則的相對重要性,計(jì)算得到SE和EE的相對歸一化權(quán)重系統(tǒng),從而將SE和EE的雙目標(biāo)問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)多項(xiàng)式的單一優(yōu)化問題。然后利用遺傳算法求解得到系統(tǒng)能量效率和頻譜效率聯(lián)合優(yōu)化。仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí),與最大化頻譜效率和最大