超密度移動蜂窩網路能量效率最佳化理論與技術研究

《超密度移動蜂窩網路能量效率最佳化理論與技術研究》是依託北京理工大學，由楊凱擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：超密度移動蜂窩網路能量效率最佳化理論與技術研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：楊凱
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

移動網際網路業務的爆炸式增長使得超密度移動蜂窩網路成為未來蜂窩網路的發展趨勢，而網路流量的指數級增長導致降低單位流量的能量消耗成為未來超密度移動蜂窩網路必將面臨的挑戰。在超密度移動蜂窩網路中，基站和用戶的密度相比現有蜂窩網路會極大提高，基站的密度甚至會超過用戶的密度。針對超密度移動蜂窩網路節點密度極高的特點，本項目擬從系統和網路的角度探索網路能量效率最佳化的機理與方法，從用戶的角度探索網路能量效率最優的資源分配機制與算法，為未來超密度移動蜂窩網路的資源分配與管理提供理論基礎和依據。首先，本項目將基於隨機幾何理論建立超密度移動蜂窩網路隨機空間模型，分析網路能量效率，揭示網路參數對能量效率的影響。其次，基於最佳化理論對超密度移動蜂窩網路中的資源分配問題進行數學建模，設計基於能量效率的資源分配算法。最後，基於環繞式處理技術設計開發系統級仿真平台，對理論分析結果以及設計的資源分配算法進行驗證。

結題摘要

提高網路密度是蜂窩網路的發展趨勢，也是實現5G網路容量要求的有效手段。網路流量的指數級增長導致降低單位流量的能量消耗成為未來超密度移動蜂窩網路必將面臨的挑戰。在超密度移動蜂窩網路中，基站和用戶的密度相比現有蜂窩網路會極大提高，基站的密度甚至會超過用戶的密度。從而使得基站離用戶越來越近，用戶得到更好的服務，有效提高網路的頻譜效率和能量效率。 超密度蜂窩網路不可避免要使用毫米波頻段以提高網路可使用頻寬。毫米波的連續大頻寬可滿足熱點區域極高的用戶體驗速率和系統容量需求，但是其覆蓋能力較弱，難以實現全網覆蓋。因此毫米波需要與Sub-6GHz中低頻段聯合組網，以高頻和低頻相互補充的方式來滿足網路連續覆蓋的需求。我們考慮Sub-6GHz和毫米波共存的超密度蜂窩網路，針對典型區域和一般區域分別進行網路建模和性能分析。我們還考慮了雙頻異構蜂窩網路中的上下行解耦連線策略。結果表明毫米波微基站的密集部署帶來的性能增益優於Sub-6GHz微基站，且解耦連線策略有助於提高超密度雙頻異構蜂窩網路的性能。 在蜂窩網路中，很多最佳化能量效率的工作都是在理想信道信息下進行分析的。然而，由於信道的時變性、信道的反饋延時和信道的估計誤差，理想信道信息很難獲得。為此，我們在非理想信道信息狀態下，以網路能量效率為最佳化目標，提出了OFDMA 網路中一種資源塊調度和功率控制聯合方案，並將該問題建模為一個混合機率的分數規劃問題，然後將機率約束放到目標函式中進行考慮，並引入一些新變數，將該問題轉化成一個D.C.規劃問題，最後給出了KKT解。我們還研究了蜂窩網路中D2D用戶和蜂窩用戶共享資源的問題。在我們研究的問題中，M個D2D用戶對同時使用某個蜂窩用戶的時頻資源塊，以達到提高頻譜效率的目的。我們在用戶最大發射功率限制的條件下設定了用戶最低的通信速率。該問題是一個分數規劃問題。我們分別給出了最優解和次優解。