移动通信站节能机制的研究

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1、移动通信站节能机制的研究第一章绪论1.1课题研究背景近年来，移动通信业务飞速发展，网络规模日益扩大。随着Android和iPhone等终端的兴起，及iPad和Kindle等手持电子设备的盛行，人们对移动通信网络的数据业务需求与日剧增。为满足用户的需求，越来越多的通信设备己投入使用。与此同时，无线通信行业的能源消耗也急剧上升，2010年三大电信运营商的综合耗电量超过了300亿度⑴。能源消耗过大所引起的全球变暖及气候变化给人类的生存带来挑战，日益昂贵的能源价格使得网络运营的成本急剧上升。为降低运营商运营成本，减小环境污染，大量国内外学者正致力于研究高

2、效的移动通信系统节能机制。绿色通信已成为近年来的研究热点之一，全球较有影响力的节能减排的项目包括：英国2009年启动的GreenRadio项目、欧盟2010年启动的EARTH项目、及目前规模较大的GreenTouch联盟等。在典型的无线蜂窝网中，网络运营能耗一半以上源自于基站能耗。据统计，截止2011年全球移动基站数已超过400万，平均每个基站的年耗电量超过25M符号的小区非连续发射（DTX)技术，在满足用户服务质量需求的基础上，时域上关闭一个系统倾中某些无用的无线资源及硬件设备（功率放大器等)。小区在无用户数据传输的下行子顿中，需传输一定的控制

3、信息，以确保用户的正常接入与通信，未使用DTX技术时，基站设备在此过程中一直处于工作状态。引入DTX技术后，可根据小区负载需求，动态选择一个系统顿中用于承载用户数据和控制信息的下行子顿数，在余下的下行子顿中执行休眠机制，同时关闭相应的功率放大器，以降低功率放大器的使用率。下文将详细介绍该技术的设计原理并仿真该方案的节能效率。第三章基于多能级小区缩放的基站协作节能机制.........133.1小区缩放(CellZooming)技术.........133.2三类型小区系统模型.........153.3多能级小区缩放技术.........173.

4、4基于多能级小区缩放技术的基站节能机制.........173.4.1节能机制的执行流程.........173.4.2多能级小区缩放算法.........183.4.3算法仿真.........213.5方案总结.........24第四章移动通信基站供电系统的研究.........254.1移动通信基站供电系统的分析.........254.2基站供电系统评估模型.........314.3符合能源结构演进趋势的基站供电系统.........384.3.1中国能源结构的现状.........384.3.2基于GM(1，1)模型的中国能源结构预

5、测.........404.3.3基站供电系统的优化方案.........424.4本章小结.........43第五章总结与展望.........455.1论文工作总结.........455.2后续工作展望.........46结论绿色通信已成为近年来的研究热点之一，基站节能为通信领域节能减排的重要研究方向。本文从基站设备级节能降耗技术、基站间协作节能技术、基站供电系统的优化三个方面出发，对移动通信基站节能机制进行了深入的研究。基站设备级节能的主要思想为：通过改进基站设备的硬件设计以提高设备能效，或通过引入新的节能协议以降低基站设备的能耗；本

6、文主要研究的基站设备为功率放大器（PA)。基站间协作节能也称为网络级节能，其主要思想为：基站自主检测网络负载的变化并对业务需求进行预测，再通过基站间的相互协作来实现网络覆盖的动态规划，以达到提高系统能效的目的；主要的实现方法包括自组织网络（SON)技术及小区缩放（CellZooming)技术，本文所提出的方案基于小区缩放技术。?基站供电系统的优化主要从供电设备类型的选择及能源分析两方面着手，旨在给出符合中国能源结构演进趋势且有助于实现节能减排的基站供电系统优化方案。本文第二章从基站设备级节能机制出发，提出了一种基于小区DTX技术的LTE系统基站节

7、能方案，该方案的主要目的为最小PA的能耗。该方案的原理及设计方法为：在满足小区容量需求的前提下，确定一个系统帧中用于传输用户数据的下行子帧数，在剩余的下行子帧内仅传输必要的控制信息以确保用户在该小区中的正常接入与通信，在无数据信息且无控制信息的下行OFDM符号处执行休眠机制，同时关闭基站中的功率放大器以降低其使用率，进而减小功率放大器的总能耗。经仿真验证，该方法在小区无负载或低负载时，可有效降低功率放大器的总能耗，在LTE系统中，小区DTX技术最大可节省约60%的PA总能耗。本文第三章从基站间协作节能机制出发，提出了一种基于多能级小区缩放技术的多

8、基站协作节能机制。首先，介绍了小区缩放技术的基本原理，并分析了己有的基站休眠节能机制存在的问题。主要包括问题：第一，在这些休眠机制中，只