對綠色無線移動通信技術的研究和思考

河北衡水中學 馬子嘉

對綠色無線移動通信技術的研究和思考

河北衡水中學 馬子嘉

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

無線移動通信技術；綠色環保；研究分析

近些年，通信產業的高速發展，通信網絡特別是移動蜂窩網絡的高能耗問題也日趨嚴峻。目前，蜂窩網絡的發展局勢是要為無線接入提供高速數據接入，這對蜂窩網絡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絡運營成本與能量消耗。 因此，綠色無線通信技術更值得關注。

1.基本概述

從移動通信發展之初，頻譜效率就被廣泛的作為無線通信系統的性能指標。以頻譜效率為導向的系統的設計目標是在峰值功率或者均值功率的約束下最大化系統的頻譜效率，從而導致在很長一段時間以最大發射功率進行數據傳輸。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逐漸受到了越來越多的關注。能量效率，通常被定義為每單位傳輸能量可發射的信息比特。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，由香農定理，對于給定的發射功率P和系統帶寬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單調遞減，并且當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。但是，在有限系統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中實現，這些因素包括：括∶信道編碼會有性能上的損失、信道狀態信息( 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據速率的折中關系。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射功率，還應加上電路能量。能量效率與數據傳輸速率的關系如圖1所示：

圖1 能量效率與數據傳輸速率的關系圖

2.當前蜂窩網絡節能技術現狀

基于傳統蜂窩網，其他各類網絡技術也發展迅速，廣播網、無線局域網、衛星網、無線傳感網、移動互聯網、Ad Hoc網等都為用戶提供多種模式的接入服務，但是為了追求能給用戶帶來更好的服務，造成了重復建設，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有 GSM 網絡資源，完成優質、快速、低成本的 UMTS 網絡（及 LTE 網絡）建設，是運營商極為關切的問題，其中機房資源越來越成為網絡建設的瓶頸，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設計 ， 基站由 BBU 和RRU 組成。 BBU 實現控制管理，基帶處理，Iub 接口等功能，RRU 則集成功放、收發信息、雙工器等射頻相關功能。 這種新型的組網方案，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，可以實現價值區域網絡的快速部署，滿足多場景覆蓋需求。

3.無線網絡的高能效資源管理

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

4.結束語

于移動通信尚處在高速發展階段的我國來說正當其時。綠色化既是對移動通信體系的挑戰，也帶來了技術發展的新機遇，開拓了更廣闊的創新空間，對于這一被發達國家視作移動通信領域競爭的新制高點，我們應該予以足夠重視，在我國移動通信技術進步與產業發展中體現綠色化，在綠色化中提升我國移動通信產業競爭力。

[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.無線多天線協作通信系統研究[D].大連海事大學,2015.

無線移動通信的綠色化是移動通信可持續發展的保證，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，在校學生。