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(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，移動(dòng)終端數(shù)量正急劇增長，移動(dòng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量也經(jīng)歷著指數(shù)級(jí)的增長，由此導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)的能耗正急劇攀升。因而，近年來人們對(duì)無線通信中如何減少能耗的關(guān)注正不斷增加。與此同時(shí)，隨著用戶對(duì)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(duì)于這兩點(diǎn)，綠色小站以其特有的優(yōu)勢(shì)越來越受到關(guān)注，并應(yīng)用于越來越多的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景。
　　然而，由于新能源發(fā)電的時(shí)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(gè)場(chǎng)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(fù)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(qiáng)覆蓋，降低電網(wǎng)能耗同時(shí)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(duì)于場(chǎng)景一，研究具有業(yè)務(wù)和能量意識(shí)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(gè)時(shí)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(gè)時(shí)間段上的負(fù)載分流，從而降低宏基站在總時(shí)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(shí)間尺度，因此將原優(yōu)化問題解耦成兩個(gè)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(yàn)證，綠色小站的部署對(duì)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(shí)仿真結(jié)果證明了所研究算法的有效性。
　　對(duì)于場(chǎng)景二，研究綠色小站的動(dòng)態(tài)休眠算法。通過優(yōu)化綠色小站不同時(shí)刻的動(dòng)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(fù)載量在時(shí)間和空間上的動(dòng)態(tài)變化性，從而最大化降低長時(shí)間段上的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)電網(wǎng)能耗，同時(shí)考慮用戶服務(wù)質(zhì)量。采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法，將原優(yōu)化問題分解為多個(gè)時(shí)間段上的優(yōu)化問題，并采用逆向遞推的方式獲得每個(gè)時(shí)間段上的優(yōu)化解。由于原問題中多個(gè)綠色小站的聯(lián)合優(yōu)化問題具有較高的計(jì)算復(fù)雜性，本文基于每個(gè)綠色小站的決策結(jié)果互不影響的特點(diǎn)，進(jìn)一步將每個(gè)時(shí)間段上的優(yōu)化問題弱化為依次求解單個(gè)綠色小站的決策問題。最后針對(duì)所提出的退化的綠色小站休眠動(dòng)態(tài)

5、規(guī)劃算法進(jìn)行的仿真驗(yàn)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(shì)。
　　對(duì)于場(chǎng)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(gè)部分：基于存活概率的綠色小站選擇算法、基于LTE-A標(biāo)準(zhǔn)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(shí)刻通過預(yù)估每個(gè)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(duì)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(jìn)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(duì)偶方法求解，獲得每個(gè)資源塊至用戶的分配以及用戶和綠色小站在每個(gè)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(duì)綠色小站