长期演进系统基站能耗建模及其应用

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日前,随着智能手机应用的日益广泛,移动数据业务呈现出高速增长的趋势,需要部署大量的基站来满足增长的用户数据率,但事实上,80%的基站在每天一半的时间里负载都低于20%,尽管如此,仍然需要按照峰值速率设计系统的容量,在低负载的情况下造成了巨大的能源浪费。随着社会上对“绿色”的呼声越来越高,各种针对通信行业的节能技术应运而生,建立一个统一的绿色网络能效评价标准和评价体系是正确的衡量这些节能技术的基础,本文从基站能耗建模入手,搭建了一个能够反映系统吞吐量变化的能量效率仿真平台,并对常见的节能技术进行了分析对比和性能验证。  本文首先介绍了绿色通信的研究现状和常见的节能技术,对当前的基站能耗模型进行了言简意赅的介绍,说明了基站能耗建模的重要性。然后给出了一种较为通用的基站模型,将基站划分成功率放大器、数字基带、射频、供电模块和制冷模块几大部分,对每个模块进行了详细的建模分析,通过建立子模块和系统参数的关系得到了其和总基站能耗的关系,并对仿真结果进行了验证。最后从基站能耗建模的角度,给出了几种提高系统能量效率的方法。  然后搭建了LTE能量效率仿真平台,将基站能耗模型和LTE系统级仿真平台结合在一起,将基站输入功率Pin和输出功率Pout的关系扩展到了Pout和系统吞吐量的关系,设计了一个仿真粒度为RE的能效仿真平台,通过仿真平台对各种节能技术消耗的功率和能量效率进行模拟,为本文后面对天线和带宽自适应策略的研究提供了性能验证的平台。  最后用两种不同的节能技术验证了基站能耗模型的应用。空域上对比了不同传输技术的能量效率,提出了一种基于能量效率的天线自适应策略,根据24小时长期统计的业务量,给出了一种完善实用的每小时基站天线切换方案。针对低负载能效仍低的现象,继而应用了一种频域上的带宽自适应技术,给出了一种空域和频域结合的节能策略。根据本文对节能技术的比较,证明了基站能耗模型的可用性,同时也可以更清晰的看出不同节能技术之间的优势、劣势和应用场景,便于在LTE实际部署中进行取舍。
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