LTE-A系统节能技术研究文献综述

 2022-11-20 15:06:23

文献综述:

  1. 研究背景

随着智能移动设备的普及,移动服务提供商最近经历了非凡的增长数据服务。虽然数据服务带来很大的利润,服务提供商面临由于全面运作中高能源消耗水平而带来的操作成本的增加。据报道,能源成本能占移动服务提供商的年度营业费用的一半。此外,全球对气候变化的担忧呼吁进一步减少能源消耗。网络运营商的最大利益是找到最经济的方式运行无线网络。

下一代无线网络旨在随时随地提供高速互联网接入。IPHONE和其他智能手机的普及毫无疑问将加速这个过程并且创造新的需求,例如移动视频和游戏。潜在的数据流量增长和对广泛的网络接入的需求已经引发了网络基础设施的迅速增长以及对能源的巨大消耗。因此,对于对移动网络运营商来说,在维持可持续的容量增长的同时减少电力消耗已经成为迫在眉睫的事情。无线网络的巨大能源消耗直接导致了温室气体排放的增加,这已经成为环境保护和可持续发展的主要威胁。欧盟在全世界范围内扮演着节能先行者的角色,它们的目标是减少20%的温室气体排放。中国政府也承诺到2020年要减少20%的单位GDP的能源消耗和10%的主要污染物排放。

国内的社会舆论压力迫使无线网络运营商要尽可能多地减少能源消耗和碳足迹,世界各地 都在采取行动。为了应对由无限流量需求和能源消耗带来的挑战,绿色革命对于今天的无线网络来说非常有必要。正如在[1]中指出的,网络中无线传播部分是主要的能源消耗部分,在移动网络运行商的电费账单中它们占据了超过70%。因此,增加无线传播网络的能源效率是一个可行的方法。

  1. 研究现状:

GR(green radio),最初是作为高能源效率的无线网络架构和技术研究的指导,现在却已经变成了学术和工业领域重要的趋势。在GR出现之前人们在无线网络领域已经进行了很多努力,例如设计非常有效率的放大器,减少反馈损失以及引进有效的冷却。但是这些努力却是相互孤立的,因此在5年或者10年内无法形成一个全世界统一的标准。另一方面,所有GR的革新解决方案都是基于现有的所有架构、系统层级和协议栈,这些方案不能通过孤立的努力而实现[3]。

绿色无线电研究是一个很大而且综合的领域,它包括从无线网络接入的协议栈到架构以及技术的各个层面。这个研究项目着眼于绿色无线电研究的基础架构以及通过逻辑线索将现有的分散的研究点串联起来,而不是每个方面都涉及。在这项研究中主要通过四个权衡来构建这样一个框架。它们是:

·DE(deployment efficiency 部署效率)-EE(energy efficiency 能源效率)权衡:用于在整个网络中平衡部署花费和能源消耗。

DE,用来衡量每单位部署成本下的系统吞吐量,是一个移动网络运营商一个重要的效率指标。对于无线接入网络来说,固定资产花费包括基础设施成本如基站设备和回程传输设备,设备安装和无线电控制设备。而在另一方面,运营花费主要是电费账单、设备和回程损耗、运营和维护成本[4].EE定义为每单位能源消耗下的系统吞吐量,主要是在网络运营的时候纳入考虑之中。在网络设计中这两个不同的指标经常导致相反的设计的原则。例如,为了节约设备租用、基站设别以及维护的成本,网络规划工程师倾向于尽可能地延伸每个小区的范围。然而,在基站和移动用户之间的路径损耗会减少大约12dB,当小区的半径加倍时,路径损耗会变成原来四倍,这就需要传输功率增加12dB来保证在单元边缘的用户能接受到相同的信号强度。

目前主要的架构候选方案有异构网和组合网[5]。在异构网和组合网络的顶层中,以EE为目的的用户调度和无线电资源管理算法相结合能够进一步地提高网络的利用效率。尤其是当流量在空间上和时间上都不是均匀分布的时候,这非常重要。用来利用信道变化的动态功率控制已经被证明能够加强链路层的功率效率。

·SE(spectrum efficiency 频谱效率)和EE权衡:在给定的可用带宽下,用于系统的平衡频谱利用率和能源消耗。

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