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無線接入網(wǎng)綠色無線通信技術研究論文
摘要：現(xiàn)階段，無線通信網(wǎng)絡能耗已成為社會關注重點，在創(chuàng)新無線接入技術的基礎上，建立低能耗的無線通信網(wǎng)絡。圍繞無線通信網(wǎng)絡的能耗構成、優(yōu)化重點、器件級能量的優(yōu)化處理、鏈路級能量的優(yōu)化處理及網(wǎng)絡級能量的優(yōu)化處理等展開討論，具體分析無線網(wǎng)絡的能耗構成，并將無線接入網(wǎng)作為通信網(wǎng)絡的主要優(yōu)化點，從器件級、鏈路級與網(wǎng)絡級等角度出發(fā)，達到優(yōu)化網(wǎng)絡系統(tǒng)的目的。
關鍵詞：無線接入網(wǎng)；綠色無線通信；能量優(yōu)化
引言
無線通信網(wǎng)絡的快速發(fā)展，為多媒體業(yè)務的高效開展提供了基礎條件，能確保網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的有效傳輸。但隨著網(wǎng)民數(shù)量和網(wǎng)絡覆蓋范圍的增加，通信網(wǎng)絡能耗問題日益突出，對環(huán)境與能源保護帶來了不利影響。相關數(shù)據(jù)表明，通信行業(yè)年均能耗在全球總能耗中比重較大，必須加大通信網(wǎng)絡能源的合理使用研究，推進無線通信網(wǎng)絡朝著綠色節(jié)能方向發(fā)展。
1無線通信網(wǎng)絡的能耗構成與優(yōu)化重點
基站產(chǎn)生的能耗在無線通信網(wǎng)絡中的比重較大，因此要應注對基站能耗組成的分析，找出影響能源使用效率的因素，提高無線接入網(wǎng)的能源利用率。但需注意的是，目前針對無線接入網(wǎng)能耗的研究主要集中在輸出功率上，研究結(jié)果較片面。針對這一問題，可采取全方位分析基站能耗構成的研究方法，在此基礎上進行無線接入網(wǎng)能源結(jié)構的優(yōu)化。現(xiàn)階段廣泛應用的基站功率建模法，是將基站功率與輸出功率間的線性關系表示出來，從而對基站工作時產(chǎn)生的功率進行全面分析。傳輸功率主要與傳輸相關功率及偏置功率有關，傳輸相關功率是指基站在驅(qū)動系統(tǒng)運行時要達到的輸出功率，不僅包含射頻傳輸功率，還與天線與功放等部位運行時需要的功率有關，是基站能耗的主要組成部分。可通過優(yōu)化功放功率達到提高基站能源利用率的目的。而偏置功率與系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送有關，當基站內(nèi)部器件開始運作時，會產(chǎn)生相應能耗。這類能源消耗由系統(tǒng)參數(shù)與部件參數(shù)等因素決定，應在保證基站傳輸效率滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸需求的條件下，進行基站偏置功率的優(yōu)化處理。
2器件級能量的優(yōu)化處理
2.1提高基站器件的能量運用效率
通常將基站器件分為基帶、饋線及射頻等，在對各部分能耗量進行分析時，可發(fā)現(xiàn)射頻能耗占總耗能的較大比重。在目前已建立的無線通信網(wǎng)絡內(nèi)，還無法充分發(fā)揮功率放大器功能，無法提升網(wǎng)絡能量使用效率[1]。要提高功率放大器運行效果，可采取提升線性及功率效率等措施，將先進的功放器件應用到無線網(wǎng)絡建設中。如Doherty功率放大器主要是利用B/C型放大器及相應的輔助放大器，將效率控制在指定范圍內(nèi)，保障基站功放能量的充分利用。同時，可通過信號處理方法來提升功放能量使用率。例如，對系統(tǒng)內(nèi)的信號做峰值因子縮減操作，可進一步減少無效數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，進而提高無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理效率及能量使用效率。
2.2加大基站動態(tài)功率的管理
為實現(xiàn)器件級能量的優(yōu)化處理，還需注重對基站業(yè)務特性的掌握，對基站動態(tài)功率進行有效管理。現(xiàn)行無線通信基站在執(zhí)行各項業(yè)務時，對業(yè)務特點的把握不夠充分，可根據(jù)峰值業(yè)務產(chǎn)生的流量值，制定相應的傳輸效率及功率，保證能量配置效率，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸受阻情況。無線通信網(wǎng)絡業(yè)務體現(xiàn)出空間布局特性，部分時間段內(nèi)的業(yè)務對網(wǎng)絡能量需求不高，造成能源浪費。為解決這一問題，要求網(wǎng)絡基站中各部件要結(jié)合業(yè)務特性，自動選擇適當?shù)膫鬏敼β省Ｈ鐚⒍喙β拾l(fā)射機電路運用到無線網(wǎng)絡建設中，促使各線路能根據(jù)網(wǎng)絡業(yè)務執(zhí)行流量及能源需求，動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率等級，達到傳輸能耗的目的。另外，還需盡快解決基站能耗部件持續(xù)啟動的問題，在業(yè)務需求較少階段，應確保閑置線路處于關閉狀態(tài)，減少基站能耗。
3鏈路級能量的優(yōu)化處理
3.1無線資源及傳輸能耗折中
在無線通信系統(tǒng)的運行過程中，要合理選擇傳輸容量，傳輸信道帶寬與運輸功率等因素決定了系統(tǒng)的傳輸容量。由于網(wǎng)絡線路傳輸容量和傳輸帶寬間呈線性關系，因此可采取折中處理方式。如在速率約束確定的情況下，通多提高帶寬來減少傳輸功率。做到帶寬資源與能耗折中，關注無線頻譜資源的開發(fā)及運用，為數(shù)據(jù)傳輸提供多種信道[2]。無線通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，為無線頻譜資源的挖掘提供了良好條件。GSM通信系統(tǒng)的帶寬可達200Hz，能根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸需求，合理設置信道帶寬，UMTS系統(tǒng)的帶寬為5MHz，其信號傳輸能力較強。在時間資源與系統(tǒng)功率的折中處理上，應認識到時間是一種主要的通信資源，當通信系統(tǒng)內(nèi)業(yè)務數(shù)量增多后，需要增加數(shù)據(jù)傳送信道，但這在一定程度上加大了基站能耗。這時需要實現(xiàn)時間資源的合理使用，實現(xiàn)時間資源和傳輸功率折中的目標。將數(shù)據(jù)傳送時間作為變量，隨著業(yè)務數(shù)據(jù)量的變化，數(shù)據(jù)傳輸效率將產(chǎn)生變化，因此需要從延長業(yè)務辦理時間角度出發(fā)，充分利用時間資源。例如，目前常用的排隊理論，在綜合考慮業(yè)務空間分布特點及服務延時的基礎上，增強傳輸功率的動態(tài)調(diào)整性能，使通信網(wǎng)絡根據(jù)不同的業(yè)務特征，有效利用時間資源。
3.2業(yè)務傳輸性能及功耗折中
從業(yè)務傳輸性能及功耗折中方面著手，可發(fā)現(xiàn)要提高通信網(wǎng)絡的業(yè)務辦理能力，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的使用體驗，要保證無線通信網(wǎng)絡對應的頻譜效率與服務延時等性能指標符合系統(tǒng)運行要求。以點對點的通信系統(tǒng)為例，在對該系統(tǒng)的傳輸效率及頻譜效率等性能指標進行分析時，應從系統(tǒng)性能指標和功率折中處理這一角度出發(fā)，實現(xiàn)優(yōu)化無線通信網(wǎng)絡傳輸功率的目標。傳統(tǒng)無線通信網(wǎng)絡是以網(wǎng)絡服務性能為基礎，進行性能指標的優(yōu)化處理，沒有做到性能指標與各類業(yè)務辦理要求的充分結(jié)合，這就需要在全面掌握系統(tǒng)業(yè)務特征的基礎上，有針對性地強調(diào)性能指標，以便充分發(fā)揮無線通信網(wǎng)絡功能，避免出現(xiàn)功率浪費現(xiàn)象。
4網(wǎng)絡級能量的優(yōu)化處理
4.1異構無線通信網(wǎng)絡
在進行網(wǎng)絡級的能量優(yōu)化處理時，應從異構無線通信網(wǎng)絡角度出發(fā)。通過在傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡的基礎上添加低能耗的微蜂窩或家庭基站等無線接入站點，形成異構無線通信系統(tǒng)，該網(wǎng)絡結(jié)構能滿足各類業(yè)務辦理需求，并充分利用網(wǎng)絡能量。要充分發(fā)揮異構無線通信系統(tǒng)的運用價值，應結(jié)合系統(tǒng)中不同業(yè)務對流量及功率的需求，配置對應的微區(qū)服務或家庭基站，為系統(tǒng)內(nèi)大容量業(yè)務的高效完成奠定基礎[3]。微站點與家庭教育基站等無線接入點具有運行功耗低的特點，將其作為無線通信網(wǎng)絡中業(yè)務執(zhí)行的能量供應接點，有利于提高能量運用效率。但在原有通信網(wǎng)絡結(jié)構中引入過多接入點，會影響系統(tǒng)的正常運行，不利于提高能量使用效率，當用戶實施各項操作時，各節(jié)點間頻繁切換，會加大系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理復雜度。因此，應合理設置接入點密度，并根據(jù)無線通信系統(tǒng)實際需求確定異構網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構，進而建立高效的無線網(wǎng)絡系統(tǒng)。
4.2協(xié)作通信網(wǎng)絡
協(xié)作通信網(wǎng)絡被看作是無線通信網(wǎng)絡未來發(fā)展的方向之一，其分布式天線網(wǎng)絡結(jié)構及協(xié)作中繼傳輸?shù)燃夹g，在節(jié)省網(wǎng)絡能耗方面有現(xiàn)實意義[4]。其中分布式天線網(wǎng)絡能借助各小型基站協(xié)調(diào)運行，通過協(xié)調(diào)不同基站的發(fā)射信號，減少外部干擾信號，提高通信網(wǎng)絡業(yè)務處理效率，確保基站能量的有效利用。例如，協(xié)作基站處理信息的無線通信網(wǎng)絡優(yōu)化處理技術，能縮短數(shù)據(jù)傳輸距離，提高無線通信系統(tǒng)運行效率，避免出現(xiàn)能量浪費現(xiàn)象。基站協(xié)作技術，可利用中繼節(jié)點來實現(xiàn)網(wǎng)絡信號的放大及解碼操作等，確保通信系統(tǒng)為數(shù)據(jù)傳輸提供適當信道。
4.3無線資源分類
網(wǎng)絡能量利用程度與各類資源分配是否合理有緊密聯(lián)系，應從無線資源分類角度出發(fā)，為網(wǎng)絡能量的充分利用提供有效途徑。決定無線通信系統(tǒng)性能的關鍵因素在信道狀態(tài)信息，要在收集和整理信道狀況信息的基礎上，合理分配無線資源，提升無線網(wǎng)絡運行性能。要在充分了解用戶需求的基礎上合理分配無線資源，科學配置無線信道及網(wǎng)絡能量等資源，使無線信道根據(jù)數(shù)據(jù)處理量進行能量調(diào)整，可提高系統(tǒng)資源利用率。在進行系統(tǒng)資源分配時，還應考慮協(xié)作網(wǎng)絡與異構網(wǎng)絡的引進對原有通信系統(tǒng)的影響，信道數(shù)量的增加使接入點分布更加密集，因此，應綜合考察時間資源和空間資源等因素，制定具體的網(wǎng)絡資源分配方案。
5結(jié)論
綜上所述，在全球能源壓力及環(huán)境污染等問題不斷加劇的情況下，綠色節(jié)能已成為社會各行業(yè)的發(fā)展主題，在遵循節(jié)能減排原則的基礎上，促進綠色無線通信的發(fā)展，為通信行業(yè)發(fā)展注入活力。從能耗角度出發(fā)，通信網(wǎng)絡中無線接入網(wǎng)能耗較大，因此，需要對無線接入技術及網(wǎng)絡拓撲結(jié)構等進行深入研究，減小無線接入網(wǎng)能耗，做到綠色通信，真正落實節(jié)能減排理念。
參考文獻：
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[3]陳海燕，李偉.基于高能效無線接入網(wǎng)的綠色無線通信關鍵技術研究[J].電腦迷，2016，（4）：164.
[4]肖瀟，陶曉明，陸建華.基于高能效無線接入網(wǎng)的綠色無線通信關鍵技術研究[J].電信科學，2011，27（11）：75-83.
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