能效与资源优化的超蜂窝移动通信系统基础研究(清华大学).docVIP

项目名称： 能效与资源优化的超蜂窝移动通信系统基础研究 牛志升 清华大学 2012.1-2016.8 依托部门： 教育部  如前所述，如何以受限的频谱与能量大幅度提高网络容量是一个巨大的挑战。为此需要从系统和网络的角度探索频谱与能量的高效利用机理与方法，并解决以下科学问题： 科学问题1、 科学问题2、 科学问题3、 2.2 主要研究内容 为了解决以上关键科学问题，拟以下个展开研究。 1） 网络能效理论与超蜂窝体系架构 按照能效优先的原则重新审视无线通信与网络的体系架构与运行机理，能效的通信架构 1.1）网络能效建模与成因关系分析：明确网络能效的定义频谱效率、用户、业务服务质量的关系 1.2）超蜂窝网络架构及其理论基础：探索超蜂窝网络的架构，建立超蜂窝网络柔性覆盖、弹性匹配、及适度服务的理论基础，给出低能耗控制覆盖及能效与资源联合优化的业务覆盖的设计准则，并提供实验室演示验证系统。 针对未来移动通信业务在时域和空域上大范围动态变化、且服务质量要求越来越两极分化的矛盾，深入挖掘网络覆盖的能效潜力，建立兼顾能效与容量的智能柔性覆盖与控制理论，为超蜂窝网络体系架构下的物理层与链路层的能效优化提供理论基础。主要研究内容包括： 2.1) 控制覆盖与业务覆盖分离机制及优化研究：通过控制覆盖与业务覆盖在业务级、设备级、协议级的逐级分离，研究两种覆盖的合作机制和演进方法，探索在公共控制覆盖基础上的异构业务覆盖机理和控制方法，以及公共控制覆盖的异构实现方法。进一步探索上下行覆盖分离的机制、能耗理论和相应的控制方法。 2.2) 柔性覆盖中控制覆盖的能效优化方法：探讨未来无线接入对控制信道需求的发展趋势，研究系统同步、信道估计、定位、寻呼、随机接入等控制功能在超蜂窝架构下的能效优化机制与方法，给出控制覆盖强度的理论描述。 2.3) 柔性覆盖动态小区形成方法研究：研究下行动态功率控制和天线形态调整在动态小区形成中对容量和能耗的影响，以及在不同信道条件下分布式天线协作覆盖虚拟小区成形方法，建立分布式覆盖容量与虚拟小区形态、回程链路能耗、处理能耗、传输能耗之间的折中关系，进一步研究动态小区构建的能效优化准则、优化方法以及规模化实现方法，探索新型天线和新频段在动态小区覆盖形成方面的解决途径。 能效优先的传输理论与弹性接入方法 研究超蜂窝网络中非协作的传输理论与接入技术，即假定各蜂窝小区基站不交互信息、不使用中继协作或用户协作机制完成无线传输。 3.1) 综合链路能效优化的传输机制及与频谱效率的理论关系：针对非协作蜂窝网络，分别考虑不存在小区间干扰时的单小区多用户及存在小区间干扰时的多小区多用户系统，研究多天线、多载波系统能量效率与频谱效率能量效率与无线资源内在联系建立优化能量效率的无线传输理论 3．2）能效与资源联合优化的弹性接入机制：针对具有高频谱效率的MIMO和OFDMA技术，研究高能效无线传输与资源分配的优化准则；提出能充分利用信道/干扰/业务动态变化特性的 3．3）高能效传输与弹性接入机制演示验证系统：构建超蜂窝高能效无线传输与资源分配的系统级仿真测试评估不同无线传输技术能量效率 超蜂窝网络协作机制与资源优化方法 针对复杂的干扰环境及动态的业务需求，研究超蜂窝网络的协作机制与资源优化方法，建立同构蜂窝与异构蜂窝的小区之间或小区内多个传输节点之间的高能效协作机制，并在此基础上给出能效与资源联合优化方法。 4.1) 高能效异构节点协同传输理论：给出协作开销及相应回程能耗的模型，建立发射能效与协作开销、以及能效与协作基站或天线站数目之间的理论关系，研究不同载荷下的动态协作理论以及降低传输开销和基带复杂度的方法，从而确立在动态协作下能效与系统容量、传输开销、基带处理复杂度之间的理论关系。对于基于小区内天线站的多点协作，建立小区内干扰与系统能效的理论关系。对于基于中继的协作系统，建立能效与中继密度、传输开销及系统载荷的理论关系。 4.2)超蜂窝网络能效与资源联合优化方法：研究超蜂窝网络资源的优化配置方法，并通过学习和预测链路层、网络层、以及用户业务的动态特性，实现在能效优先条件下网络资源与用户需求的实时自适应匹配，从而建立基于能效优先的动态资源匹配理论。 4.3）网络节点协作算法的演示验证平台：借助课题一中的演示平台构建一个超蜂窝网络协作传输演示系统，验证以上理论与方法对能效提升的作用。 用户群体行为建模与高能效服务方法 通过对实际运营的移动无线通信系统中常见业务的采集和测量，分析移动网络中多种类型业务在时域和空域分布的动态特征以及内容属性等方面的变化规律，挖掘用户群体的行为模式，建立并针对不同的群体行为特征给出高能效服务方法。 5.1）移动无线网络业务采集与分析：研究移动无线网络中业务数据采集和测量方法，研究移动网络多业务在时间、空间和