基于LTE-A的綠色小站能耗管理和資源調(diào)度研究.pdf

1、隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，移動終端數(shù)量正急劇增長，移動業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量也經(jīng)歷著指數(shù)級的增長，由此導致無線網(wǎng)絡(luò)的能耗正急劇攀升。因而，近年來人們對無線通信中如何減少能耗的關(guān)注正不斷增加。與此同時，隨著用戶對無線通信性能要求的提高，新的組網(wǎng)方案和網(wǎng)絡(luò)管理策略越來越迫在眉睫。對于這兩點，綠色小站以其特有的優(yōu)勢越來越受到關(guān)注，并應(yīng)用于越來越多的網(wǎng)絡(luò)場景。
　　然而，由于新能源發(fā)電的時變特性，引入新能源供電的綠色小站給宏微異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng)以及

2、能耗管理帶來了新的挑戰(zhàn)。本文關(guān)注由新能源供電的綠色小站作為中繼與宏基站混合組網(wǎng)，考慮了以下三個場景：1.考慮多綠色小站的網(wǎng)絡(luò)部署，通過綠色小站分流宏基站負載，最大化降低宏基站電網(wǎng)能耗；2.考慮宏基站邊緣地帶的綠色小站增強覆蓋，降低電網(wǎng)能耗同時提高系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量；3. D2D通信系統(tǒng)中綠色小站作為中繼輔助傳輸，改善通信鏈路質(zhì)量、提高系統(tǒng)傳輸速率。
　　對于場景一，研究具有業(yè)務(wù)和能量意識的綠色小站休眠和業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)問題。通過優(yōu)化每個時隙上的

3、業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)和綠色小站工作/休眠狀態(tài)，最終優(yōu)化整個時間段上的負載分流，從而降低宏基站在總時間長度上的能量消耗。由于綠色小站休眠和業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)問題具有不同的時間尺度，因此將原優(yōu)化問題解耦成兩個子優(yōu)化問題，采用內(nèi)外層循環(huán)交叉迭代的方式獲得優(yōu)化解。通過仿真驗證，綠色小站的部署對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)市電消耗的降低具有顯著效果，同時仿真結(jié)果證明了所研究算法的有效性。
　　對于場景二，研究綠色小站的動態(tài)休眠算法。通過優(yōu)化綠色小站不同時刻的動態(tài)休眠策略以匹配新

4、能源獲取量和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)負載量在時間和空間上的動態(tài)變化性，從而最大化降低長時間段上的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)電網(wǎng)能耗，同時考慮用戶服務(wù)質(zhì)量。采用動態(tài)規(guī)劃的方法，將原優(yōu)化問題分解為多個時間段上的優(yōu)化問題，并采用逆向遞推的方式獲得每個時間段上的優(yōu)化解。由于原問題中多個綠色小站的聯(lián)合優(yōu)化問題具有較高的計算復(fù)雜性，本文基于每個綠色小站的決策結(jié)果互不影響的特點，進一步將每個時間段上的優(yōu)化問題弱化為依次求解單個綠色小站的決策問題。最后針對所提出的退化的綠色小站休眠動態(tài)

5、規(guī)劃算法進行的仿真驗證，結(jié)果證明了該算法較好的性能，并通過與傳統(tǒng)貪婪算法的性能比較，該算法具有較大的優(yōu)勢。
　　對于場景三，研究基于LTE-A的D2D通信系統(tǒng)綠色小站選擇和資源分配聯(lián)合優(yōu)化算法。通過采用綠色小站作為中繼輔助傳輸，提高D2D通信系統(tǒng)傳輸速率和系統(tǒng)容量。該算法包括兩個部分：基于存活概率的綠色小站選擇算法、基于LTE-A標準的資源分配和功率控制算法。在基于存活概率的綠色小站選擇算法中，通過引入綠色小站存活概率的概念，在每

6、幀初始時刻通過預(yù)估每個綠色小站的存活概率獲得該幀可用綠色小站的集合，并基于可用綠色小站集合，確定用戶對綠色小站的選擇。在資源分配和功率控制算法中，通過將原優(yōu)化問題二進制變量的連續(xù)化以及引入新的輔助變量的方法將原混合整數(shù)非線性問題轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題，并采用拉格朗日對偶方法求解，獲得每個資源塊至用戶的分配以及用戶和綠色小站在每個資源塊上的功率分配。由于綠色小站的存活概率與綠色小站的能源消耗有關(guān)，因此每幀完成資源分配和功率控制算法后將對綠色小站