5G移动通信网络基于能效的资源管理

3G、4G使移动通信网络的发展充满了活力,移动互联网和物联网作为移动通信的两大驱动力对设备接入密度和移动数据流量提出了更高的要求,未来5G通信网络的发展趋势是采用高密度异构蜂窝网络架构来满足日益增长的用户接入密度和高数据速率的要求。目前,移动通信行业能耗占到全球总能耗的3%,高于其他行业,这其中基站能耗占到60%80%,未来高密度重叠覆盖异构蜂窝网络架构意味着更多的基站部署,而且这些基站部署更具随意性,这无疑给移动通信网络的能耗问题带来严峻的挑战。本文在由Macro cell、Micro cell和small cell三种网络组成的高密度异构网络架构下,研究提高网络能效的资源管理方法,主要包含两个部分:（1）提出一种基于综合开销函数的接入选择算法,旨在使用户在高密度重叠覆盖网络中接入合适的网络。传统接入算法是将用户直接接入用户接收信号最强的基站,而在3GPP采用的信道模型下以及基站默认部署参数下,用户可感知的宏基站信号强度明显强于微基站和小基站,这就使得部分基站因接入过多造成拥塞和用户体验下降,而大部分微小基站空置造成整体网络资源的浪费,本文提出的算法具有更好的负载均衡效果,能提高系统容量,且掉线率更低。（2）提出一种基于能效的功率控制算法,算法结合小区呼吸技术和基站休眠技术,旨在保证通信质量的前提下减少基站能量消耗,从而提高网络能效。算法思想是根据各基站负载状态,将基站分成零负载、轻负载、正常负载和重负载四种工作状态,然后根据基站工作状态来调整各基站的发射功率,从而达到基站覆盖面积伸缩的效果。本文设计的两个算法相辅相成,互相作用,接入算法需要根据基站工作状态和用户分布进行接入判定,而功率控制算法则根据各基站负载状态调整工作状态并反馈给接入选择算法部分,仿真结果显示,这套资源管理算法在稀疏均匀分布、单点密集分布和多点密集分布下,系统容量都有着明显的提升,而功耗却显著降低,网络能效提高15%65%,在密集均匀用户分布场景下,由于功耗变大使其能效有着小幅度的下降,但是显著提高了系统容量,改善了通信质量,同时,此时的掉线率是所有算法中最低的。