能效优化的蜂窝网中继站部署算法研究

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1、密级桂林电子科技大学硕士学位论文题目能效优化的蜂窝网中继站部署算法研究（英文）Energy-EfficientRelayStationDeploymentAlgorithmsinCellularNetworks研究生学号:1302201077研究生姓名:陈王凤指导教师姓名、职务:陈宏滨教授申请学科门类:工学硕士学科、专业:信息与通信工程提交论文日期:2016年4月论文答辩日期:2016年6月摘要摘要中继技术的应用使得蜂窝网络的性能得到了大幅度的提升，特别是随着异构网络的崛起，如何设计节能的蜂窝中继网络架构受到了广大学者们的普遍

2、关注和研究。本文以解码转发中继技术为研究对象，结合绿色蜂窝网的思想，在蜂窝网络里部署低功耗、低成本的中继站，以最大化系统能量效率为目标，探讨了能量效率和频谱效率的权衡。本文分别研究了固定中继站的部署问题和移动中继站的部署问题，主要研究成果概括如下：对于固定中继站的部署优化问题，本文首先提出了固定中继站的均匀对称部署系统模型。通过优化基站覆盖参数、中继站位置参数以及中继站个数，使得在频谱效率的约束下，实现能量效率最大化。能量效率定义为单位面积平均吞吐量与单位面积平均功率消耗之比并推导出了理论表达式。由于最大化能量效率的优化问题很

3、难获得闭合解，因此，通过对部署参数的分析，将函数优化问题的求解转换成在变量可行域中求解，通过反复的一维穷举搜索可以得到数值最优解，从而获得最优固定中继站部署策略。仿真结果表明，中继站个数和位置参数对系统性能有着较大的影响，在特定参数设置下以及在满足频谱效率的约束下存在最优的中继个数使得能量效率达到最大。由于基站和固定中继站的容量有限性，用户流量具有时空性和突发性，在现实中固定中继站也会出现负载过重的问题。因此，本文研究了移动中继站卸载小基站流量的问题。首先分析了中继站间的干扰并确定了最小干扰距离，接着提出了移动中继站部署方案，

4、通过优化中继站的位置，使得在保证频谱效率和覆盖的前提下，实现每一次观察时刻的能量效率最大化。通过分析发现，目标函数优化问题可以转化为只与总移动距离有关的优化分配问题，进而通过扩展匈牙利算法获得该问题的最优解。此外，为了凸显扩展匈牙利算法的优越性，本文还采用了启发式贪婪部署算法和静态部署算法与之比较。最后，考虑用户的移动性，本文进一步分析了用户的移动速度对中继切换率以及中继服务时间的影响。仿真结果表明，扩展匈牙利算法所获得的系统性能是最好的，用户的移动速度越大，中继切换越频繁，中继服务时间越短。本文的研究成果对设计节能蜂窝中继网

5、络具有现实的参考意义，并且对异构网络中其他站点的部署也具有借鉴意义。关键词:蜂窝网络；能量效率；频谱效率；中继站；部署算法–I–AbstractAbstractTheapplicationofrelaytechnologymakescellularnetworkperformancehasbeengreatlyimproved,especiallywiththeemergenceoftheheterogeneousnetwork,howtodesigntheenergy-savingrelaycellularnetworkar

6、chitecturehasbeenwidespreadconcernandresearchbyscholars.Thispaperregardsdecode-and-forwardrelaytechnologyasresearchobject,andthegoalofthispaperistooptimizethesystemenergyefficiency(EE)andinvestigatethetradeoffofspectralefficiency(SE)andenergyefficiencybycombininggre

7、encellularnetworksideaanddeployinglowpowerconsumptionandlowcostrelaystationinthecellularnetwork.Thispaperstudiestheproblemoffixedrelaystationdeploymentandmobilerelaystationdeployment.Themainresearchresultsofthispaperaresummarizedasfollows:Fortheoptimizationproblemof

8、fixedrelaystationsdeployment,thispaperfirstlyproposesauniformsymmetricdeploymentsystemmodel.Byoptimizingthebasestationcoverageparameters,t