基于泛函级数模型的异构网络能效优化技术研究

The energy efficiency of wireless access networks is one of the most important research areas of future mobile communications. To satisfy optimization requirement of energy efficiency, the network service ability need to have multi-dimensional time-varying characteristics for matching with the traffic characteristic. Moreover, the heterogeneity is one of main features of the wireless access networks in the future, the heterogeneity of various wireless access networks results in lacking of evaluation criteria on the network service ability and the difficult in energy efficiency optimization. To solve these problems, this project introduces the functional series theory which has the multi-dimensional time-varying characteristic, and denotes the quality of service of traffic by kernel functions of functional series. In the orthogonal space built by kernel functions, mathematics methods, such as norm theory and matrix analysis, are used to establish the functional series models on the energy efficiency of wireless access networks which can reveal traffic characteristics of wireless access networks. On the basis of proposed models, the project will use vector algebra theory to study the network scheduling problem when a new user accesses networks, and will use statistical approximation method to analyze the network switching problem for mobility users. This project try to provide a new research idea for the problem of energy efficiency of wireless access networks, and try to promote the green innovation in the field of wireless access networks.

无线接入网络的能效问题是未来移动通信需要研究的方向之一。从能效优化的要求来说，为了与用户业务需求相匹配，网络提供的服务能力需要具有多维时变的特征；同时异构性又是未来无线网络的主要特征之一，网络之间的差异性使得网络提供的服务能力缺乏能效评估准则，造成能效优化的困难。针对上述问题，项目组引入具有多维时变表征能力的泛函级数理论，利用核函数表征业务的服务质量需求，在核函数构成的正交空间中，利用范数理论、矩阵分析等相关数学方法，建立能够有效揭示网络服务能力特征的系统能效泛函级数模型；并在该模型基础上，利用向量代数理论研究新用户接入时的网络调度问题，利用统计拟合方法研究用户移动导致的网络切换问题，为无线网络的能效优化问题提供一种新的研究思路和方法，推动我国在无线网络领域的绿色自主创新研究。

无线通信网络的能量效率问题是移动通信系统发展的关键问题，也是发展环境友好型绿色通信系统的基本问题。我们主要用用户业务需求的关键属性出发，研究具有网络服务能力特征的多种因素对于系统能效的影响，针对用户实际业务需求设计网络选择和网络切换机制，并针对某些特殊场景设计能效优化算法。在用户业务需求的关键属性方面，我们分析了业务负载量、流量重尾参数、基本Qos需求、平均误码率需求等多个用户业务需求在各种网络中的不同表征，对于多种网络如虚拟MIMO网络、PVT网络、无线回程网络、Massive MIMO网络、超密度蜂窝网、协作中继网络的服务能力在多种系统性能，包括能量效率、系统吞吐量、网络增益、有效容量、香农容量等多方面的影响。对于基于系统性能的网络调度和网络切换问题，我们分析了两层蜂窝网络架构下系统性能对于用户选择不同层网络接入的影响，在这些结果的基础上，我们将场景推广到各层间密度不同的三层蜂窝网络架构场景；我们还分析了频谱认知的双向中继系统中继特性对于系统性能的影响；对于无线回程网络，我们考虑了分布式和集中式两种架构对于系统回程能效的影响；对于车载网络，我们给出了在线休眠策略和离线休眠策略对于不同车辆密度的节能能力；我们还研究了软件定义协作网络中的网络特性对于系统性能指标的影响；对于用户的移动性，我们研究了个体移动模型和随机航点模型对用户接入网络选择的影响。我们还研究了阻塞预警的机器类通信进行的触发优化、对于Qos约束条件下MIMO-OFDM移动多媒体通信系统能效优化、无线功率传输的D2D通信系统能效优化、Massive MIMO系统射频链路能效优化。仿真结果和实验证明在对不同用户业务需求下的网络能效分析基础上设计网络切换和选择及系统能效优化方案，能够极大的提升无线异构网络对于不同用户业务需求的服务能力，并有效提高网络的能量效率，这些研究结果将有力推动我国在绿色通信领域的自主创新能力。