基于三维随机几何的超密集网络能效优化理论及技术研究

In the future mobile communication network, in order to improve the capacity and user experienced data rate in hot spots, small wireless base stations and access points are densely deployed in three-dimensional (3D) space. The energy consumption is becoming a particular concern in such Ultra Dense Networks (UDN). Therefore, it is important to improve the energy efficiency of UDN. In this project, we propose to use 3D stochastic geometry theory as the tool to model UDN, and to consequently derive the space coverage probability of base stations. Based on this, the maximum ratio of “sleep” base stations can be derived to optimize the network energy efficiency by considering the coverage constrains. This project aims to propose proper modeling method of future network, and to investigate the theory and technique for improving network energy efficiency. The project provides fundamentals for theoretical performance analysis of UDN, provides references and solutions for deployment and configuration strategies of UDN, and consequently contributes to the energy saving for future mobile communication system.

在未来移动通信网络中，为了提升局部热点地区的系统容量和用户体验，无线基础设施呈现超密集立体部署的趋势，网络的整体能量消耗非常可观，因此提升未来超密集网络的能量效率具有重要研究价值。本课题以优化未来超密集立体网络的能量效率为总体研究目标，以三维随机几何为理论工具，以建立更加准确的未来超密集立体网络三维数学模型以及推导基站的空间覆盖概率为途径，研究以覆盖性能为约束条件的基站最优休眠比例和能效优化方案，提出理论指导下的实用的自适应节能算法。本课题旨在探索适合于未来超密集立体网络的数学模型构建方法，并在此基础上研究降低未来超密集立体网络能量消耗、提高网络能量效率的理论和实现技术。本课题为研究和分析未来超密集立体网络的关键性能提供理论基础，为未来超密集网络的部署和配置策略提供理论依据和解决方案，为推动未来移动通信网络绿色节能发展做出贡献。

在未来移动通信网络中，为了提升局部热点地区的系统容量和用户体验，无线基础设施呈现超密集立体部署的趋势，网络的整体能量消耗非常可观，因此提升未来超密集网络的能量效率具有重要研究价值。本课题以随机几何为理论工具，通过将超密集立体网络节点建模为三维泊松点过程或者三维随机簇过程，建立了更加准确的未来超密集立体网络数学模型。以此模型为基础推导了能更加准确刻画未来网络特性的基站空间覆盖概率，进而对以空间覆盖性能为依据的超密集立体网络的能效性能进行理论分析和优化。未来超密集网络中，为了降低干扰，基站间协同传输是重要技术手段，为此本课题进一步研究了基站协同传输情况下的覆盖性能及休眠策略，推导了能效性能的理论表达式，分析了基站密度等网络配置参数与网络能效之间的关系。除覆盖性能和能效性能外，本课题还针对三维空间超密集网络中基于基站协同传输方案的平均数据速率和时延概率等关键性能开展研究，并将本课题的核心分析方法扩展到终端直通通信或者车车直联通信网络等其它未来移动通信新领域，构建理论分析模型，对其关键性能指标建立相应理论分析方法。相关成果发表期刊或者国际会议论文十余篇，申请国内专利一项。本课题为研究和分析未来超密集立体网络的关键性能提供了理论基础，为未来超密集网络的部署和配置策略提供理论依据和解决方案，为推动未来移动通信网络绿色节能发展做出一定贡献。