多载波功放基站的节能算法研究

【摘要】：随着世界经济的发展和资源环境问题的日益突出，发展绿色经济的呼声越来越高。各国纷纷采取措施，控制能源消耗和温室气体排放，以此来应对气候变化、改善生态环境、发展可持续经济。随着通信技术的飞速发展，通信行业已经成为全球增长最快的行业之一，然而通信产业的能耗也随之快速增长。从环境、经济和能源等方面来看，高耗能的通信设备破坏环境、增加成本、浪费能源。因此，节能降耗已成为通信产业亟待解决的问题。作为移动通信网络的基础设施，基站不仅数量巨大、且部署范围广泛，其能耗在整个移动通信网络设施总能耗中占比最大，所以国内外众多研究机构和学者致力于探究基站节能的各种方法。 传统的单载波功放基站普遍使用合路器会引入3dB的插入损耗，而多载波功放可以避免此损耗，因此多载波功放是未来基站功率放大器的发展方向。所以研究多载波功放基站节能算法对于节能减排、构建绿色通信环境具有重要的应用价值。 通过对相关研究现状的分析可知，智能节电技术研究多针对TDMA系统的单载波功放基站，因单载波功放与多载波功放结构上的差异性，单载波功放基站的节能算法不能直接推广应用于多载波功放基站。国内外学者对TDMA系统的多载波功放基站节能方法的研究较少，且存在：以载频为基站节能的控制单元，在打开载频上有多个时隙空闲的问题。针对这个问题，本文面向TDMA系统多载波功放基站，提出新的动态关断基站时隙的节能算法。为适应多载波功放特点，提出了基站时隙的概念，并以此做为功放开启或关闭的基本单位，动态开启或关闭多载波功放，达到了很好的节能效果。 本文在区分TDMA系统不同业务模式的前提下，以GSM多载波功放基站为例，研究了单一业务模式下基站节能算法(DSBSuM)；在DSBSuM算法中，根据网络的即时负载，按照已开启时隙尽量集中的原则进行基站时隙的动态控制，并应用排队理论对所提算法进行建模、分析。考虑有基站业务的多样性，又以GSM/GPRS多载波功放基站为例，研究了综合业务模式下，基站节能最优接入控制算法(MDP算法)。有效的能耗管理，不仅要满足节能的要求，还要满足用户的服务质量要求，因此可以认为能耗管理问题就是在满足用户服务质量和有限系统资源限制下的最小能耗问题。因此在MDP算法中，建立事件驱动的随机切换分析模型，将多载波功放基站中最优接入控制问题转化为带约束的连续时间马尔科夫决策问题。应用在线策略优化算法，在满足多类业务不同服务质量要求的同时，探寻最优接入策略。仿真结果表明，本文所提算法节能效果明显。 本文的工作和成果对于TDMA系统中多载波功放基站实现节能具有重要的意义。 【关键词】：基站 节能 多载波功放 马尔科夫决策
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 论文研究背景及意义9-11
• 1.1.1 多载波功放系统概述9-10
• 1.1.2 无线网络节能问题概述10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 基站节能的主要技术11-12
• 1.2.2 智能关断技术研究现状12-15
• 1.3 论文主要内容及结构安排15-17
• 1.3.1 论文的主要内容15
• 1.3.2 论文的创新性工作15-16
• 1.3.3 论文章节结构安排16-17
• 第2章 基础理论17-26
• 2.1 排队论简介17-19
• 2.1.1 排队系统的组成17-18
• 2.1.2 排队系统主要性能指标及指标求解18-19
• 2.2 马尔科夫决策过程19-26
• 2.2.1 MDP 基本决策模型20-22
• 2.2.2 MDP 求解算法22-26
• 第3章 单一业务模式下多载波功放基站节能算法研究26-35
• 3.1 系统模型26
• 3.2 DSBSuM 算法描述26-28
• 3.3 节能机制及性能评价28-31
• 3.4 仿真结果及分析31-34
• 3.4.1 仿真参数设置31
• 3.4.2 仿真结果及分析31-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第4章 综合业务模式下多载波功放基站节能最优控制35-49
• 4.1 一种连续时间马尔科夫信道模型35-39
• 4.1.1 状态空间与行动集36
• 4.1.2 决策时刻和状态转移概率36-38
• 4.1.3 回报值38
• 4.1.4 阻塞率限制38-39
• 4.2 最优控制的求解39-41
• 4.3 基站节能的最优接入控制策略41-48
• 4.3.1 最优控制策略41-43
• 4.3.2 仿真参数设置43-44
• 4.3.3 能耗性能分析44-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第5章 结束语49-51
• 5.1 论文总结49
• 5.2 进一步研究工作49-51
• 参考文献51-55
• 作者简介及科研项目55-56
• 致谢56

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