基於能效的網路體系結構及資源分配方法研究

《基於能效的網路體系結構及資源分配方法研究》是依託東南大學，由衡偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於能效的網路體系結構及資源分配方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：衡偉
• 依託單位：東南大學

中文摘要

針對單小區多用戶和多小區多用戶場景，研究基於能效的網路體系結構及資源分配方法，以解決當前無線通信中按業務峰值容量需求配置系統資源的傳統方式給頻譜資源、能耗造成極大浪費的難題。運用協作博弈論，提出基於能效的協作中繼網路資源分配算法，通過引入單位能量、能量均衡率等參數，將網路能耗均衡、網路覆蓋率等因素進行綜合考慮；研究分散式天線系統的能效最佳化問題，綜合考慮用戶最小速率請求、傳送天線最大功率約束等條件，結合實際功率模型，建立能效最佳化效用函式，提出行之有效的最佳化問題解決方案；探索基站休眠機制，根據基站傳送功率、用戶速率等建立網路模型，提出休眠小區用戶接入周圍活躍小區的低複雜度算法；對於多小區協作技術中動態簇對系統能效的影響開展深入研究，建立基於能效的低複雜度自適應動態簇協作機制。通過深入的理論分析和計算機仿真驗證上述方法的合理性，形成較為完整的綠色通信理論與技術體系，為4G之後的綠色通信系統提供理論基礎和技術支撐。

結題摘要

隨著無線通信業務的快速增長，無線網路的能量消耗正在以驚人的速度增長，綠色通信引起了人們的廣泛關注。無論是從環境保護還是經濟發展的角度來考慮，提高能量效率已經成為未來移動蜂窩網路越來越重要的課題。本自然基金項目在單小區多用戶和多小區多用戶場景下，研究了基於能量效率的網路體系結構及資源分配方法，以期解決在當前無線通信系統中，按業務峰值容量需求配置系統資源給頻譜資源、能源消耗造成極大浪費的難題。為實現該目標，本項目主要從以下四個方面進行了相關研究： 1. 在單小區協作中繼網路中，提出了一種基於非協作博弈論的頻寬資源分配算法。以非協作博弈論為工具，建立了一種帶有競價機制的對稱協作中繼網路博弈模型，通過建立有效的激勵機制，使得自私節點能通過協作資源的共享而獲得公平的回報，從而積極參與協作傳輸；引入分散式納什均衡搜尋算法，通過理論推導給出了該分散式算法的收斂條件。仿真結果表明，本項目所提出的博弈方法，可以合理有效地解決對稱協作中繼網路的協作頻寬分配問題。 2. 在單小區分散式天線系統中，研究了不同的遠端天線單元選擇協作策略對系統性能的影響。結合遠端天線單元到用戶的信道狀態信息的分布規律，利用機率論的知識，從理論上推導了各種協作傳輸方式下用戶的信噪比的分布規律和系統遍歷容量的分布，並給出了閉式的表達式。通過引入詳細的分散式天線系統功率消耗模型，進一步研究了系統的能量效率問題，給出了能量效率的表達式，並推導了頻譜效率與能量效率的折中關係，為未來的網路最佳化設計提供了科學的指導。 3. 在多小區場景下，開展多小區協作網路基站調度算法研究。基於基站休眠策略，在滿足用戶服務質量的前提下，建模成一個能量消耗最小化的問題，提出了一種基於基站休眠的移動用戶輪詢接入基站算法。仿真結果表明，該算法能夠顯著地降低系統的能量消耗，並且具有較低的計算複雜度。 4. 多小區協作網路中，提出了一種新穎的下行鏈路多基站協作動態成簇算法，並研究了系統的能量效率。首先，在每個符號等功率分配和每個天線等功率約束的條件下，分別推導了在完美的傳送功率和實際傳送功率條件下系統的頻譜效率和能量效率。其次，提出了一種基於信道範數的低複雜度動態成簇算法。仿真結果表明，所提算法的能量效率要好於靜態成簇算法的能量效率，稍微差於去中心化算法的能量效率，但比去中心算法的複雜度低。