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无线接入网绿色无线通信技术研究

 论文栏目:无线通信论文     更新时间:2018/10/12 16:12:52   

摘要:现阶段,无线通信网络能耗已成为社会关注重点,在创新无线接入技术的基础上,建立低能耗的无线通信网络。围绕无线通信网络的能耗构成、优化重点、器件级能量的优化处理、链路级能量的优化处理及网络级能量的优化处理等展开讨论,具体分析无线网络的能耗构成,并将无线接入网作为通信网络的主要优化点,从器件级、链路级与网络级等角度出发,达到优化网络系统的目的。

关键词:无线接入网;绿色无线通信;能量优化

引言

无线通信网络的快速发展,为多媒体业务的高效开展提供了基础条件,能确保网络数据的有效传输。但随着网民数量和网络覆盖范围的增加,通信网络能耗问题日益突出,对环境与能源保护带来了不利影响。相关数据表明,通信行业年均能耗在全球总能耗中比重较大,必须加大通信网络能源的合理使用研究,推进无线通信网络朝着绿色节能方向发展。

1无线通信网络的能耗构成与优化重点

基站产生的能耗在无线通信网络中的比重较大,因此要应注对基站能耗组成的分析,找出影响能源使用效率的因素,提高无线接入网的能源利用率。但需注意的是,目前针对无线接入网能耗的研究主要集中在输出功率上,研究结果较片面。针对这一问题,可采取全方位分析基站能耗构成的研究方法,在此基础上进行无线接入网能源结构的优化。现阶段广泛应用的基站功率建模法,是将基站功率与输出功率间的线性关系表示出来,从而对基站工作时产生的功率进行全面分析。传输功率主要与传输相关功率及偏置功率有关,传输相关功率是指基站在驱动系统运行时要达到的输出功率,不仅包含射频传输功率,还与天线与功放等部位运行时需要的功率有关,是基站能耗的主要组成部分。可通过优化功放功率达到提高基站能源利用率的目的。而偏置功率与系统内的数据传送有关,当基站内部器件开始运作时,会产生相应能耗。这类能源消耗由系统参数与部件参数等因素决定,应在保证基站传输效率满足系统数据传输需求的条件下,进行基站偏置功率的优化处理。

2器件级能量的优化处理

2.1提高基站器件的能量运用效率

通常将基站器件分为基带、馈线及射频等,在对各部分能耗量进行分析时,可发现射频能耗占总耗能的较大比重。在目前已建立的无线通信网络内,还无法充分发挥功率放大器功能,无法提升网络能量使用效率[1]。要提高功率放大器运行效果,可采取提升线性及功率效率等措施,将先进的功放器件应用到无线网络建设中。如Doherty功率放大器主要是利用B/C型放大器及相应的辅助放大器,将效率控制在指定范围内,保障基站功放能量的充分利用。同时,可通过信号处理方法来提升功放能量使用率。例如,对系统内的信号做峰值因子缩减操作,可进一步减少无效数据,提高系统的数据处理能力,进而提高无线通信系统的数据处理效率及能量使用效率。

2.2加大基站动态功率的管理

为实现器件级能量的优化处理,还需注重对基站业务特性的掌握,对基站动态功率进行有效管理。现行无线通信基站在执行各项业务时,对业务特点的把握不够充分,可根据峰值业务产生的流量值,制定相应的传输效率及功率,保证能量配置效率,避免出现数据传输受阻情况。无线通信网络业务体现出空间布局特性,部分时间段内的业务对网络能量需求不高,造成能源浪费。为解决这一问题,要求网络基站中各部件要结合业务特性,自动选择适当的传输功率。如将多功率发射机电路运用到无线网络建设中,促使各线路能根据网络业务执行流量及能源需求,动态调节系统功率等级,达到传输能耗的目的。另外,还需尽快解决基站能耗部件持续启动的问题,在业务需求较少阶段,应确保闲置线路处于关闭状态,减少基站能耗。

3链路级能量的优化处理

3.1无线资源及传输能耗折中

在无线通信系统的运行过程中,要合理选择传输容量,传输信道带宽与运输功率等因素决定了系统的传输容量。由于网络线路传输容量和传输带宽间呈线性关系,因此可采取折中处理方式。如在速率约束确定的情况下,通多提高带宽来减少传输功率。做到带宽资源与能耗折中,关注无线频谱资源的开发及运用,为数据传输提供多种信道[2]。无线通信系统的不断发展,为无线频谱资源的挖掘提供了良好条件。GSM通信系统的带宽可达200Hz,能根据系统数据传输需求,合理设置信道带宽,UMTS系统的带宽为5MHz,其信号传输能力较强。在时间资源与系统功率的折中处理上,应认识到时间是一种主要的通信资源,当通信系统内业务数量增多后,需要增加数据传送信道,但这在一定程度上加大了基站能耗。这时需要实现时间资源的合理使用,实现时间资源和传输功率折中的目标。将数据传送时间作为变量,随着业务数据量的变化,数据传输效率将产生变化,因此需要从延长业务办理时间角度出发,充分利用时间资源。例如,目前常用的排队理论,在综合考虑业务空间分布特点及服务延时的基础上,增强传输功率的动态调整性能,使通信网络根据不同的业务特征,有效利用时间资源。

3.2业务传输性能及功耗折中

从业务传输性能及功耗折中方面着手,可发现要提高通信网络的业务办理能力,为用户提供优质的使用体验,要保证无线通信网络对应的频谱效率与服务延时等性能指标符合系统运行要求。以点对点的通信系统为例,在对该系统的传输效率及频谱效率等性能指标进行分析时,应从系统性能指标和功率折中处理这一角度出发,实现优化无线通信网络传输功率的目标。传统无线通信网络是以网络服务性能为基础,进行性能指标的优化处理,没有做到性能指标与各类业务办理要求的充分结合,这就需要在全面掌握系统业务特征的基础上,有针对性地强调性能指标,以便充分发挥无线通信网络功能,避免出现功率浪费现象。

4网络级能量的优化处理

4.1异构无线通信网络

在进行网络级的能量优化处理时,应从异构无线通信网络角度出发。通过在传统蜂窝网络的基础上添加低能耗的微蜂窝或家庭基站等无线接入站点,形成异构无线通信系统,该网络结构能满足各类业务办理需求,并充分利用网络能量。要充分发挥异构无线通信系统的运用价值,应结合系统中不同业务对流量及功率的需求,配置对应的微区服务或家庭基站,为系统内大容量业务的高效完成奠定基础[3]。微站点与家庭教育基站等无线接入点具有运行功耗低的特点,将其作为无线通信网络中业务执行的能量供应接点,有利于提高能量运用效率。但在原有通信网络结构中引入过多接入点,会影响系统的正常运行,不利于提高能量使用效率,当用户实施各项操作时,各节点间频繁切换,会加大系统数据处理复杂度。因此,应合理设置接入点密度,并根据无线通信系统实际需求确定异构网络的拓扑结构,进而建立高效的无线网络系统。

4.2协作通信网络

协作通信网络被看作是无线通信网络未来发展的方向之一,其分布式天线网络结构及协作中继传输等技术,在节省网络能耗方面有现实意义[4]。其中分布式天线网络能借助各小型基站协调运行,通过协调不同基站的发射信号,减少外部干扰信号,提高通信网络业务处理效率,确保基站能量的有效利用。例如,协作基站处理信息的无线通信网络优化处理技术,能缩短数据传输距离,提高无线通信系统运行效率,避免出现能量浪费现象。基站协作技术,可利用中继节点来实现网络信号的放大及解码操作等,确保通信系统为数据传输提供适当信道。

4.3无线资源分类

网络能量利用程度与各类资源分配是否合理有紧密联系,应从无线资源分类角度出发,为网络能量的充分利用提供有效途径。决定无线通信系统性能的关键因素在信道状态信息,要在收集和整理信道状况信息的基础上,合理分配无线资源,提升无线网络运行性能。要在充分了解用户需求的基础上合理分配无线资源,科学配置无线信道及网络能量等资源,使无线信道根据数据处理量进行能量调整,可提高系统资源利用率。在进行系统资源分配时,还应考虑协作网络与异构网络的引进对原有通信系统的影响,信道数量的增加使接入点分布更加密集,因此,应综合考察时间资源和空间资源等因素,制定具体的网络资源分配方案。

5结论

综上所述,在全球能源压力及环境污染等问题不断加剧的情况下,绿色节能已成为社会各行业的发展主题,在遵循节能减排原则的基础上,促进绿色无线通信的发展,为通信行业发展注入活力。从能耗角度出发,通信网络中无线接入网能耗较大,因此,需要对无线接入技术及网络拓扑结构等进行深入研究,减小无线接入网能耗,做到绿色通信,真正落实节能减排理念。

参考文献:

[1]张万喆,聂何婷.基于高能效无线接入网的绿色无线通信关键技术分析[J].通讯世界,2017,(11):54-55.

[2]王聪.关于高能效无线接入网的绿色无线通信关键技术的探析[J].数字技术与应用,2016,(4):24.

[3]陈海燕,李伟.基于高能效无线接入网的绿色无线通信关键技术研究[J].电脑迷,2016,(4):164.

[4]肖潇,陶晓明,陆建华.基于高能效无线接入网的绿色无线通信关键技术研究[J].电信科学,2011,27(11):75-83.

作者:董云亮 戴鹏 殷文君 单位:安徽信息工程学院新芜校区

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