對綠色無線移動通信技術(shù)的研究和思考

河北衡水中學(xué) 馬子嘉

對綠色無線移動通信技術(shù)的研究和思考

河北衡水中學(xué) 馬子嘉

隨著移動通信的廣泛普及和深入應(yīng)用，節(jié)約能源、節(jié)約資源、保護環(huán)境將會是繼新一代無線通信之后又一重要發(fā)展方向，已成為亟需研究的重大前沿課題，需要從理論、方法、技術(shù)和應(yīng)用多方面進行系統(tǒng)研究。本文就對綠色無線移動通信技術(shù)進行深入分析，旨在我國無線移動通信綠色技術(shù)提供理論依據(jù)。

無線移動通信技術(shù)；綠色環(huán)保；研究分析

近些年，通信產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)特別是移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的高能耗問題也日趨嚴(yán)峻。目前，蜂窩網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展局勢是要為無線接入提供高速數(shù)據(jù)接入，這對蜂窩網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍與基站密度提出了更高的要求，從而也提高了蜂窩網(wǎng)絡(luò)運營成本與能量消耗。 因此，綠色無線通信技術(shù)更值得關(guān)注。

1.基本概述

從移動通信發(fā)展之初，頻譜效率就被廣泛的作為無線通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)。以頻譜效率為導(dǎo)向的系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是在峰值功率或者均值功率的約束下最大化系統(tǒng)的頻譜效率，從而導(dǎo)致在很長一段時間以最大發(fā)射功率進行數(shù)據(jù)傳輸。然而隨著能量的限制逐漸明顯，能量效率作為另一評估指標(biāo)逐漸受到了越來越多的關(guān)注。能量效率，通常被定義為每單位傳輸能量可發(fā)射的信息比特。從S.Verdu[1]的信息論的角度研究了多種場景下的能量效率。對于高斯白噪聲信道，由香農(nóng)定理，對于給定的發(fā)射功率P和系統(tǒng)帶寬B，信道容量是：

從上式中可以明顯看出，能量效率隨著速率R單調(diào)遞減，并且當(dāng)R→0時，

公式（2）是基于信息塊大小無限大和自由度無限大的假設(shè)。但是，在有限系統(tǒng)中實際情況完全不同。文獻（3）研究得出，在有限的情況下，無噪聲的反饋可以得到較好的能量效率，而在無限的情況下并不能提高。從信息論角度出發(fā)研究得到的能量效率的界由于多種影響因素通常無法在實際系統(tǒng)中實現(xiàn)，這些因素包括：括∶信道編碼會有性能上的損失、信道狀態(tài)信息( Channel State Information, CSI )通常不完美、同步開銷以及傳輸電路的能量消耗。在這些因素中，電路能量消耗可以改變能量效率與數(shù)據(jù)速率的折中關(guān)系。將電路能量消耗考慮其中，能量效率需要被重新定義，公式分母中的能量不再只是發(fā)射功率，還應(yīng)加上電路能量。能量效率與數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系如圖1所示：

圖1 能量效率與數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系圖

2.當(dāng)前蜂窩網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀

基于傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)，其他各類網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也發(fā)展迅速，廣播網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、Ad Hoc網(wǎng)等都為用戶提供多種模式的接入服務(wù)，但是為了追求能給用戶帶來更好的服務(wù)，造成了重復(fù)建設(shè)，對資源沒有利用到最大化，造成了資源浪費，也帶來了污染，因此能效很低。其中對共享和充分利用現(xiàn)有 GSM 網(wǎng)絡(luò)資源，完成優(yōu)質(zhì)、快速、低成本的 UMTS 網(wǎng)絡(luò)（及 LTE 網(wǎng)絡(luò)）建設(shè)，是運營商極為關(guān)切的問題，其中機房資源越來越成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的瓶頸，如何共享這部分資源，中興通訊 BBU+RRU 方案可以很好地解決這個問題，BBU+RRU 分布式基站采用開放式架構(gòu)設(shè)計 ， 基站由 BBU 和RRU 組成。 BBU 實現(xiàn)控制管理，基帶處理，Iub 接口等功能，RRU 則集成功放、收發(fā)信息、雙工器等射頻相關(guān)功能。 這種新型的組網(wǎng)方案，因其較低的工程要求和靈活的安裝方式以及良好的覆蓋性能，可以實現(xiàn)價值區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的快速部署，滿足多場景覆蓋需求。

3.無線網(wǎng)絡(luò)的高能效資源管理

在蜂窩網(wǎng)中， 因為基站的能耗占通信網(wǎng)整個能耗的 80%，所以基站能耗的研究比較多，重點關(guān)注基站機房的能耗，特別是基站設(shè)備的能耗和機房空調(diào)的能耗。基站主設(shè)備節(jié)能成為最大的突破口， 也是運營商關(guān)注的重點。 主要集中提升基站功放能效，采用節(jié)能軟件降低基站運行能耗，各類綠色潔凈能源的采用（如風(fēng)能、太陽能、生物能源等）、改進基站站點設(shè)計等。在網(wǎng)絡(luò)管理方面，由于位置和時間不同，網(wǎng)絡(luò)每日的數(shù)據(jù)量也不同，高峰時期數(shù)據(jù)量增加，甚至是低峰時期的 10 倍以上，在典型集中的工作區(qū)，周末和夜晚的數(shù)據(jù)量相比白天和工作日也大大減少。因此，針對這種情況，基站端應(yīng)該識別這種變化并關(guān)閉全部或部分基站天線，通過網(wǎng)絡(luò)管理，在保證所需的系統(tǒng)容量和用戶服務(wù)質(zhì)量的前提下，能大大節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能耗。

4.結(jié)束語

于移動通信尚處在高速發(fā)展階段的我國來說正當(dāng)其時。綠色化既是對移動通信體系的挑戰(zhàn)，也帶來了技術(shù)發(fā)展的新機遇，開拓了更廣闊的創(chuàng)新空間，對于這一被發(fā)達國家視作移動通信領(lǐng)域競爭的新制高點，我們應(yīng)該予以足夠重視，在我國移動通信技術(shù)進步與產(chǎn)業(yè)發(fā)展中體現(xiàn)綠色化，在綠色化中提升我國移動通信產(chǎn)業(yè)競爭力。

[1]S. Verdu, "Spectral emeiency in the wideband regime," IEEE Trans. Inf. Theory,vol. 48, no 6,pp.1319-1343, Jun.2002.

[2]Y ChenS. Zhang S.Xu and G.Y Li“Fundamental Tradeoffs on Green WirelessNetworks”IEEE Common.Mag,vol.49no. 6pp.30-37 Jun.2011.

[3]Y.Polyanskiy,H.V.Poor, and S.Verd'u, "Mimimum energy to send k bits with and without feedback," in Proc.IEEE Int. Symp. Inf. Theory (ISIT'10),Austin,USA,Jun.2010,pp-221-225

[4]張燕.無線多天線協(xié)作通信系統(tǒng)研究[D].大連海事大學(xué),2015.

無線移動通信的綠色化是移動通信可持續(xù)發(fā)展的保證，對

with the popularization and in-depth application of mobile communication, saving energy, saving resources, protecting the environment would be after a new generation of wireless communication and an important development direction, has become an important frontier in urgent need of research, from the theory, method, technology and application of various systems. In this paper, the analysis of green wireless mobile communication technology, aiming at providing a theoretical basis for the green technology of wireless mobile communication in our country.

wireless mobile communication technology； Green environmental protection; Research and analysis

馬子嘉（1999—），男，河北衡水人，在校學(xué)生。