肖 瀟，陶曉明，陸建華

（清華大學(xué)電子工程系 北京 100084）

1 引言

無線移動(dòng)通信系統(tǒng)的演進(jìn)與飛速發(fā)展，使其為移動(dòng)用戶提供泛在無線接入以及高速寬帶無線傳輸成為可能，滿足了用戶對移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)的需求。然而，隨著用戶數(shù)量激增及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)張，無線通信網(wǎng)絡(luò)能耗急劇增加，其巨大能耗及溫室氣體排放造成的環(huán)境污染，引起運(yùn)營商和全社會(huì)的廣泛關(guān)注。研究表明，信息與通信產(chǎn)業(yè)每年能量開銷約占全球總能耗的3%，隨之產(chǎn)生的CO2等溫室氣體則占全球溫室氣體年排放量的2%，并且其能耗以15%～20%的年增長率快速增長[1]。另據(jù)估計(jì)，全球蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)每年消耗電能達(dá)600億度，其每年排放的CO2更相當(dāng)于800萬輛轎車的CO2年排放量[2]。我國移動(dòng)運(yùn)營商年耗電量可達(dá)200億度以上，按照1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)3度電來計(jì)算，相當(dāng)于675萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤消耗[3]。

面對無線通信能耗問題的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，優(yōu)化無線通信網(wǎng)絡(luò)能耗、提高其能源使用效率成為無線通信發(fā)展的必然趨勢，綠色無線通信概念也因此應(yīng)運(yùn)而生。綠色無線通信將“綠色”概念融入無線通信，在無線通信網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)及其服務(wù)能力提高的同時(shí)，注重資源使用效率，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營所需能耗，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本。目前，綠色無線通信已成為學(xué)術(shù)界研究熱點(diǎn)，ICC、GLOBECOM等通信頂級(jí)會(huì)議，均設(shè)有綠色通信的討論專題及工作組。同時(shí)，業(yè)界對綠色通信的研究也已在全球范圍內(nèi)展開。2010年初，歐盟啟動(dòng)了EARTH項(xiàng)目，旨在提高蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)能量效率，并計(jì)劃將寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)的能耗減少50%；全球無線通信領(lǐng)先者Vodafone公司也承諾將其2020年CO2排放量在2006-2007年的基礎(chǔ)上減少一半。此外，由業(yè)界領(lǐng)先者、研究機(jī)構(gòu)和非政府組織發(fā)起的GreenTouch聯(lián)盟于2010年成立，旨在為綠色通信提供網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，并力爭在現(xiàn)有水平線上將通信網(wǎng)絡(luò)每比特能耗降低1 000倍。我國對無線通信綠色化問題也非常重視，主要移動(dòng)運(yùn)營商已制定節(jié)能減排目標(biāo)，稱2012年底單位業(yè)務(wù)耗電量將在2008年基礎(chǔ)上降低20%。

綜上所述，為有效解決無線通信網(wǎng)絡(luò)的高能耗以及環(huán)境污染問題，優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)能耗、發(fā)展綠色無線通信勢在必行。本文通過分析指出無線接入網(wǎng)是無線通信網(wǎng)絡(luò)能耗優(yōu)化的重點(diǎn)，并進(jìn)一步從器件級(jí)、鏈路級(jí)和網(wǎng)絡(luò)級(jí)3個(gè)層面，系統(tǒng)地探討了基于高能效無線接入網(wǎng)的綠色無線通信原理、方法以及學(xué)術(shù)界和業(yè)界廣泛關(guān)注的高能效無線通信技術(shù)，旨在為綠色無線通信的研究提供重要參考，明確其主要研究方向。

2 無線通信網(wǎng)絡(luò)能耗組成及其優(yōu)化重點(diǎn)

為有效優(yōu)化無線通信網(wǎng)絡(luò)能耗，首先應(yīng)從全局出發(fā)，分析無線通信網(wǎng)絡(luò)能耗組成，確定網(wǎng)絡(luò)能耗優(yōu)化重點(diǎn)。通過對其諸多客戶的現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行能耗重點(diǎn)分析，參考文獻(xiàn)[4]指出對于大量移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商，由無線站點(diǎn)構(gòu)成的接入網(wǎng)功耗可達(dá)全網(wǎng)總功耗的75%以上；參考文獻(xiàn)[5]則基于對蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的分析，指出蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基站能耗可達(dá)全網(wǎng)能耗的80%。上述數(shù)據(jù)清楚地表明，無線接入網(wǎng)能耗在整個(gè)無線通信網(wǎng)絡(luò)能耗中占有決定性比重，降低無線接入站點(diǎn)功耗、進(jìn)行無線接入網(wǎng)能量優(yōu)化，是實(shí)現(xiàn)綠色無線通信的重中之重。

無線接入網(wǎng)主要由各類無線接入節(jié)點(diǎn)組成，其中基站（或Node B）是其主要的能耗來源，基站系統(tǒng)的功耗幾乎構(gòu)成了無線接入網(wǎng)的全部能量開銷[4]。因此，分析基站功耗結(jié)構(gòu)，找出影響其能量效率的關(guān)鍵因素至關(guān)重要。然而，現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)能量效率的分析，多集中于基站的輸出功率（電磁波傳輸功率），但輸出功率在基站的總功率輸入中僅占很小比重，這導(dǎo)致了上述分析相當(dāng)片面，甚至產(chǎn)生誤導(dǎo)[6]。因此，需要全面分析基站工作時(shí)所需的總能量開銷，以對其進(jìn)行有效優(yōu)化。

一種廣泛認(rèn)可的基站功率建模方法，是將基站總功率表示為傳輸功率的線性函數(shù)[6～8]，其中較為全面地涵蓋了基站工作時(shí)的兩類主要功率：由傳輸功率決定的傳輸相關(guān)功率（radiation-dependent power）以及獨(dú)立于傳輸功率的偏置功率（offset power）。下面結(jié)合圖1所示典型基站的主要耗能器件結(jié)構(gòu)框圖以及圖2中基站能耗組成示意，分析基站的主要耗能器件/設(shè)備及影響基站能耗的主要因素。

傳輸相關(guān)功率是基站為滿足一定傳輸功率所需的功率輸入，主要涉及基站信號(hào)收發(fā)機(jī)的射頻前端。它不僅包括射頻傳輸功率本身，還涵蓋了由功放、天線等部件工作時(shí)所需功率以及饋線電纜等器件的功率損失，通常在基站總功耗中占相當(dāng)大的比重，可達(dá)50%～80%（見圖2）。信號(hào)放大處理在基站總功耗中占有很大比重，而基站功放效率通常很不理想，嚴(yán)重影響了基站能量效率。因而基站功放效率的提高是優(yōu)化基站能量效率的關(guān)鍵之一。另外，經(jīng)過功放的輸出信號(hào)將通過饋線電纜傳輸至天線，并最終按照一定天線參數(shù)將射頻信號(hào)發(fā)送到無線環(huán)境中，在此過程中，饋線損耗和天線效率也是影響發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度的重要因素。

偏置功率的特征在于無論是否進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，只要開啟基站以及相應(yīng)器件/設(shè)備，就必須付出相應(yīng)的功耗代價(jià)，它主要取決于系統(tǒng)參數(shù)、器件規(guī)格等因素，主要來自信號(hào)處理功耗、供電設(shè)備、制冷設(shè)備等因素。其中，信號(hào)處理功耗主要包括基帶信號(hào)處理和中頻/射頻信號(hào)處理電路功耗，主要取決于符號(hào)率、載波頻率、天線配置等系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置[7,10]。

基于上述分析，無線通信網(wǎng)能量優(yōu)化可著重于以下3方面。

·優(yōu)化功放、天線等主要耗能器件的效率。

·優(yōu)化滿足一定傳輸性能所需的傳輸功率。

·優(yōu)化基站偏置功率。

本文從上述3點(diǎn)出發(fā)，分別從器件級(jí)、鏈路級(jí)和網(wǎng)絡(luò)級(jí)3個(gè)層面，探究基于高能效接入網(wǎng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)能量優(yōu)化方法。

3 器件級(jí)能量優(yōu)化

為了有效優(yōu)化基站功耗，一種有效的方法是從器件級(jí)層面，提高基站主要耗能器件的能量效率，降低其工作所需的功耗。此外，基站對其耗能器件的調(diào)度方式，也是影響基站能量效率的重要因素。根據(jù)業(yè)務(wù)特性配置適當(dāng)功率，并對耗能器件進(jìn)行合理調(diào)度，將有效減少不必要的功耗開銷、優(yōu)化基站功耗。本章主要從以上兩方面，研究器件級(jí)能量效率優(yōu)化方法。

3.1 基站耗能器件能量效率提高

如果把基站設(shè)備分為基帶、射頻和饋線3部分，其中耗能最大的為射頻部分，可達(dá)基站總能耗的80%；而在射頻前端器件中，又以功放耗能最大，約占射頻部分的50%[4]。因此，功放是基站的最主要耗能器件。然而，現(xiàn)有無線通信網(wǎng)絡(luò)中，功率放大器的效率通常并不理想，因而成為影響網(wǎng)絡(luò)能量效率的主要因素。在GSM網(wǎng)絡(luò)中，基站功放將22%的基站總功率輸入轉(zhuǎn)化為熱能，造成功率損失[11]。對于WCDMA/HSPA以及LTE系統(tǒng)，由于其調(diào)制方式均會(huì)造成信號(hào)包絡(luò)較強(qiáng)波動(dòng)，造成很高峰均功率比（peak-toaverage power ratio，PAPR），因而為達(dá)到系統(tǒng)所需的信號(hào)質(zhì)量要求，功放需要具有極好的線性；但同時(shí)放大器的工作范圍將遠(yuǎn)低于飽和，造成功率放大器效率的低下[6]。

為了優(yōu)化功率放大器的功耗，最直觀的方法是提高功率效率、線性等功放基本性能，設(shè)計(jì)并采用更為先進(jìn)的功放。Doherty功率放大器通過采用B/C類主放大器以及C類輔助放大器共存的主/從式結(jié)構(gòu)，其最大功率效率與其工作飽和點(diǎn)僅有6～10 dB的差距[6]。參考文獻(xiàn)[12]中所提出的J類放大器，基于基波以及二次諧波調(diào)諧，可提供較高的功放效率。另外，采用相關(guān)的信號(hào)處理方法，也是提高功放能量效率的重要手段。例如，通過對信號(hào)包絡(luò)進(jìn)行峰值因子縮減（crest factor reduction,CFR）處理，可以有效降低PAPR；數(shù)字預(yù)失真技術(shù)（digital pre-distortion,DPD）則可以有效提高功放的線性性能。

除功率放大器外，饋線損耗以及天線效率也是影響基站輸入功率轉(zhuǎn)化為射頻傳輸功率的重要因素。Mobile VCE綠色無線通信項(xiàng)目指出雙極化貼片天線（dualpolarized patch antenna）可有效提高天線效率，并且通過改變基站結(jié)構(gòu)，將功放與天線鄰近放置，有效減小饋線損耗。

3.2 基站動(dòng)態(tài)功率管理

現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)基站在業(yè)務(wù)傳輸時(shí)，通常并不考慮業(yè)務(wù)特性，而是按照峰值業(yè)務(wù)流量設(shè)定傳輸速率、配置傳輸功率，旨在最大程度避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的同時(shí)，盡可能提供最佳的傳輸性能。然而，網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)負(fù)載分布有明顯的時(shí)空分布特性，對于低業(yè)務(wù)負(fù)載量時(shí)段和區(qū)域以及性能要求不是很高的業(yè)務(wù)（如非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)等），這種相對靜止的功率分配方式會(huì)造成傳輸功率浪費(fèi)。為此，基站的相關(guān)器件應(yīng)能根據(jù)業(yè)務(wù)特性，進(jìn)行傳輸功率自適應(yīng)。參考文獻(xiàn)[13]提出具有多功率等級(jí)的發(fā)射機(jī)電路，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施業(yè)務(wù)流量以及業(yè)務(wù)QoS需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整功率等級(jí)，進(jìn)而有效減少了少數(shù)傳輸功率的浪費(fèi)，優(yōu)化傳輸功耗。

另一個(gè)影響基站能量效率的原因在于基站耗能器件的持續(xù)開啟以及定時(shí)信號(hào)、導(dǎo)頻等開銷信號(hào)的持續(xù)傳輸。在低負(fù)載時(shí)段，網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)請求銳減，導(dǎo)致部分電路處于閑置狀態(tài)，卻仍要付出維持其開啟所需的功耗；另外，在GSM、HDPA、802.16m等現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)中，即使沒有數(shù)據(jù)傳輸，基站仍需持續(xù)不斷地傳輸定時(shí)信號(hào)、導(dǎo)頻等開銷信號(hào)，以實(shí)時(shí)獲取網(wǎng)絡(luò)資源情況。顯然，在網(wǎng)絡(luò)低負(fù)載時(shí)段，上述功耗并未得到充分利用，影響網(wǎng)絡(luò)的能量效率。對此，參考文獻(xiàn)[6]指出通過對基站的器件和處理電路進(jìn)行部分或全部關(guān)斷，可以有效防止數(shù)字電路的功率泄露，并顯著節(jié)約收發(fā)機(jī)模擬電路功耗。同時(shí)，通過器件的關(guān)斷-喚醒操作，進(jìn)行開銷信號(hào)的非持續(xù)傳輸，可以顯著節(jié)約開銷信號(hào)傳輸功耗[14]。

4 鏈路級(jí)能量優(yōu)化

盡管傳輸功率本身在基站總功耗中所占比例甚微，但由于功放效率、天線效率以及饋線損耗等因素的影響，基站射頻部分總功耗在基站功率開銷中通常占有相當(dāng)大的比重（見圖2）。同時(shí)，基站傳輸功率配置對無線通信系統(tǒng)服務(wù)能力起著決定性作用。因此，通過合理的資源調(diào)度策略以及高能效傳輸技術(shù)，在保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力的前提下，優(yōu)化鏈路和網(wǎng)絡(luò)的傳輸功率，將對整個(gè)無線通信系統(tǒng)的能量優(yōu)化起到至關(guān)重要的作用。本節(jié)從鏈路級(jí)角度，分析無線通信系統(tǒng)傳輸功耗優(yōu)化的基本原理，并指出傳輸功耗的優(yōu)化主要依賴3類重要折中關(guān)系，即無線資源與傳輸功耗、傳輸性能與傳輸功耗及處理復(fù)雜度與傳輸功耗的折中。

4.1 無線資源與傳輸功耗折中

4.1.1 頻譜資源與功率折中

在點(diǎn)對點(diǎn)無線通信系統(tǒng)中，傳輸信道帶寬及傳輸功率是決定其傳輸容量的最重要因素。由香農(nóng)公式可知，對于一定的傳輸速率要求R，傳輸功率P與傳輸信道帶寬W之間的關(guān)系可以表示如下：

其中N0表示噪聲功率譜密度。由于信道傳輸容量與帶寬成線性關(guān)系，而與傳輸功率成對數(shù)關(guān)系，這使得傳輸功率與帶寬間的折中成為可能。因此，對一定的速率約束，可通過提高傳輸帶寬的方式，有效節(jié)省傳輸功率。圖3給出了為滿足一定的傳輸速率，利用不同帶寬傳輸?shù)臍w一化傳輸能量曲線。其中，不同帶寬利用基準(zhǔn)帶寬的系數(shù)α表示，能量歸一化的參考值為一定速率下基準(zhǔn)帶寬（α=1）所需的傳輸功率，傳輸速率則由基準(zhǔn)帶寬所對應(yīng)的目標(biāo)信干噪比（SINR）和香農(nóng)公式表示。因此，歸一化傳輸能量可表示為：

此處為簡單起見，僅考慮了對信號(hào)衰落影響最大的路徑損耗。由圖3可見，隨著可利用傳輸帶寬的增加，傳輸功耗得到明顯的優(yōu)化。實(shí)際系統(tǒng)中，傳輸帶寬通常表示為可利用的子載波/子信道數(shù)目。

實(shí)現(xiàn)帶寬資源與功耗的折中，首先需要充分發(fā)掘并利用盡可能多的無線頻譜資源，而無線通信系統(tǒng)的演進(jìn)也體現(xiàn)了其可利用頻譜資源的增長趨勢。GSM系統(tǒng)的信道帶寬為200 kHz，而且由時(shí)隙進(jìn)一步劃分；在UMTS系統(tǒng)中，系統(tǒng)帶寬達(dá)到5 MHz；3GPP LTE系統(tǒng)將支持20 MHz系統(tǒng)帶寬，并結(jié)合載波聚合等技術(shù)，將不對稱的零散頻譜加以融合利用，系統(tǒng)帶寬可達(dá)100 MHz。此外，隨著認(rèn)知無線電技術(shù)的廣泛研究，通過對頻譜空洞的探測感知，使得系統(tǒng)在低業(yè)務(wù)量時(shí)的閑置頻譜和系統(tǒng)零散頻譜得到更充分利用。在頻譜資源拓展與充分利用的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合基于鏈路質(zhì)量的自適應(yīng)調(diào)制，使用低階調(diào)制方式進(jìn)行信號(hào)傳輸。這是由于為實(shí)現(xiàn)一定傳輸可靠性，用低階調(diào)制代替復(fù)雜的高階調(diào)制會(huì)得到明顯的信干噪比增益；同時(shí)，可利用帶寬的增加也保證低階調(diào)制仍能滿足一定的傳輸速率要求。

4.1.2 時(shí)間資源與功率折中

與頻譜一樣，時(shí)間也是重要的無線通信資源。從時(shí)/頻資源塊的角度，增加業(yè)務(wù)傳輸所需時(shí)隙，相當(dāng)于增加了業(yè)務(wù)傳輸?shù)男诺罃?shù)，在邏輯上等效于增加頻率子載波/子信道。因此對時(shí)隙資源的充分利用，也可以實(shí)現(xiàn)與傳輸功率的折中。由于以傳輸時(shí)間為變量，對于數(shù)據(jù)量為L的業(yè)務(wù)，傳輸速率將隨之發(fā)生變化，因此不能僅考慮傳輸功率，而應(yīng)關(guān)注業(yè)務(wù)的傳輸能量，即

其中t表示傳輸該業(yè)務(wù)所需時(shí)間。在實(shí)際系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)的傳輸時(shí)間通常表示為可利用的傳輸時(shí)隙數(shù)目，即t=αTs?？梢钥闯觯瑫r(shí)間資源與傳輸能量之間的折中關(guān)系與第4.1.1節(jié)中相似，也可以用圖3進(jìn)行表示。

與帶寬資源有所不同，時(shí)間不僅是一種無線通信資源，業(yè)務(wù)服務(wù)延時(shí)（包括排隊(duì)時(shí)間和傳輸時(shí)間）還是一種重要的傳輸性能指標(biāo)，涉及業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量（quality of service,QoS）。因此，對時(shí)間資源的拓展應(yīng)充分考慮業(yè)務(wù)服務(wù)延時(shí)，需借助排隊(duì)理論進(jìn)行研究。基于排隊(duì)理論，根據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)分布特性及其對服務(wù)延時(shí)的不同需求，進(jìn)行動(dòng)態(tài)傳輸功率自適應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)時(shí)間資源與功耗折中的關(guān)鍵。筆者前期工作針對多用戶蜂窩小區(qū)，初步研究了基于業(yè)務(wù)平均服務(wù)延時(shí)要求和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的動(dòng)態(tài)傳輸功率自適應(yīng)方法[15]，其性能如圖4所示?？梢姡瑢τ趯?shí)時(shí)性要求較低的業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)低負(fù)載時(shí)段，傳輸功率自適應(yīng)將帶來明顯的傳輸功率節(jié)省。進(jìn)一步的研究重點(diǎn)，應(yīng)主要針對包括視頻、語音、圖像等異質(zhì)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，建立能準(zhǔn)確反映異質(zhì)業(yè)務(wù)分布規(guī)律及實(shí)時(shí)特性的業(yè)務(wù)模型，研究面向異質(zhì)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的功率自適應(yīng)方法。

4.1.3 空間資源與功耗折中

從上述分析可知，增加可利用的帶寬、時(shí)隙等資源，等效于增加無線傳輸?shù)莫?dú)立信道數(shù)，進(jìn)而通過信道容量的對數(shù)關(guān)系換取功率資源的節(jié)省，實(shí)現(xiàn)帶寬/時(shí)隙資源與功率資源的折中關(guān)系。在無線傳輸技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中，空間資源的有效利用（例如空間復(fù)用、空間/極化分集等）一直扮演著最為重要的角色，因而從直觀上希望通過與上述兩種折中相類似的方法，對空間資源進(jìn)行有效拓展以換取功耗的節(jié)省及能量效率的提高。在基于ADSL、PON等技術(shù)的有線接入網(wǎng)中，可通過在信源與信宿間添加電纜/光纜的方法來增加獨(dú)立傳輸信道，獲得網(wǎng)絡(luò)性能的提高。然而，在點(diǎn)對點(diǎn)無線通信系統(tǒng)中，雖然可以通過增加發(fā)射機(jī)與接收機(jī)間“收-發(fā)”天線數(shù)來增加空間傳輸鏈路，但由于電磁波的空間傳播特性，來自多根發(fā)射天線的并行傳輸信號(hào)間往往存在嚴(yán)重干擾，因而難以通過簡單增加“收-發(fā)”天線對的方式獲得獨(dú)立的無線鏈路，完成類似帶寬/時(shí)隙與功率的折中。盡管點(diǎn)對點(diǎn)MIMO技術(shù)有效解決了并行信號(hào)干擾問題，使頻譜效率得到成倍提升，但其信號(hào)處理功耗以及傳輸導(dǎo)頻等參考信號(hào)所需功耗，均會(huì)隨天線數(shù)的增加顯著上升。因此，點(diǎn)對點(diǎn)MIMO技術(shù)是否能有效提高系統(tǒng)能量效率、優(yōu)化系統(tǒng)能耗，有待進(jìn)一步深入研究。

盡管如此，電磁波的空間傳播特性仍為空間資源與功率資源的折中提供了可能。路徑損耗是無線信號(hào)衰落的關(guān)鍵性因素，它使信號(hào)強(qiáng)度隨傳輸距離成指數(shù)形式衰減。因此通過縮短傳輸距離，將會(huì)顯著節(jié)省傳輸功耗。典型的方法主要分為兩類，即多跳傳輸和增加網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)密度。多跳傳輸在空間上引入多個(gè)信息轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，將一次長距離傳輸轉(zhuǎn)化為若干次短距離傳輸，典型的應(yīng)用場景為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)以及中繼傳輸。參考文獻(xiàn)[16]對多跳傳輸在功耗方面的性能進(jìn)行了分析，其中不僅考慮傳輸功耗，而且考慮了多跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的處理功耗，并指出多跳傳輸可以有效優(yōu)化提高傳輸能量效率。中繼傳輸通常應(yīng)用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，擴(kuò)大基站的覆蓋范圍。由于其能夠縮短信號(hào)傳輸所經(jīng)歷的距離，因此可以節(jié)省滿足一定速率要求的傳輸功率。此外，參考文獻(xiàn)[8]經(jīng)研究證實(shí)，通過增加網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)密度，引入微站點(diǎn)、各類型無線接入站點(diǎn)構(gòu)成異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)，可以縮短用戶與其鄰近接入節(jié)點(diǎn)間的傳輸距離，以節(jié)省業(yè)務(wù)傳輸功率，有效優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)能耗。

4.2 業(yè)務(wù)傳輸性能與功耗的折中

為提高無線通信系統(tǒng)的服務(wù)能力，滿足用戶業(yè)務(wù)需求，無線通信系統(tǒng)中提出各種性能指標(biāo)（如頻譜效率、阻塞率、服務(wù)延時(shí)等），而這些性能幾乎都與功耗有著密不可分的關(guān)系。以點(diǎn)對點(diǎn)系統(tǒng)為例：作為無線通信最重要的性能指標(biāo)之一，頻譜效率與傳輸功率的關(guān)系由香農(nóng)公式給出，而用來衡量傳輸可靠性的誤比特率性能則主要由接收機(jī)的信干噪比決定?？梢酝茰y，各類無線通信性能指標(biāo)與傳輸功率也應(yīng)存在折中關(guān)系，進(jìn)而可作為優(yōu)化無線傳輸功率的有效手段。

傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)的部署及調(diào)度，通常從網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力出發(fā)，強(qiáng)調(diào)上述性能指標(biāo)，而未能充分考慮各類業(yè)務(wù)對傳輸性能的實(shí)際需求。例如，傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)通常根據(jù)網(wǎng)絡(luò)最大負(fù)載量以及設(shè)備處理能力所能達(dá)到的最大傳輸速率分配功率，旨在最大程度上減小業(yè)務(wù)的傳輸延時(shí)、避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。然而，對于非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，大幅減小其傳輸延時(shí)并不能有效提高用戶滿意程度；在網(wǎng)絡(luò)低負(fù)載時(shí)段 （如夜間），也并不需要很大的傳輸速率來避免后續(xù)業(yè)務(wù)擁塞。可見，現(xiàn)有無線通信網(wǎng)絡(luò)功率資源供應(yīng)過量，存在功率資源浪費(fèi)問題。因此，可以在滿足業(yè)務(wù)實(shí)際傳輸性能需求的基礎(chǔ)上，適當(dāng)放松對于各性能的苛刻要求，以換取功率的節(jié)省，利用最小的功耗代價(jià)滿足業(yè)務(wù)實(shí)際需求，進(jìn)行業(yè)務(wù)性能與功耗的折中，提高業(yè)務(wù)傳輸能量效率。

實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)傳輸性能與功耗的折中，首先需要對業(yè)務(wù)特性有全面深入的研究。未來無線通信系統(tǒng)將是一個(gè)包含視頻、話音、在線游戲等各類移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)的異質(zhì)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，因而需基于各類業(yè)務(wù)的QoS需求，設(shè)置傳輸參數(shù)，分配功率等無線資源。此外，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)負(fù)載決定著傳輸各業(yè)務(wù)可利用的無線資源，所以業(yè)務(wù)負(fù)載的分布也是影響業(yè)務(wù)傳輸性能的重要因素，需建立準(zhǔn)確反映異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量分布的異質(zhì)業(yè)務(wù)到達(dá)模型。參考文獻(xiàn)[17]在OFDMA系統(tǒng)中，研究了基于盡力業(yè)務(wù)、非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)以及實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)QoS要求的無線資源管理方法，進(jìn)而有效提高了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力。綜合考慮業(yè)務(wù)的分布特性及業(yè)務(wù)QoS需求，參考文獻(xiàn)[18]提出了一種能量感知的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分析模型，充分研究了不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況下，分組丟失率性能與功耗的折中關(guān)系，并指出通過對發(fā)射機(jī)進(jìn)行合理的關(guān)斷/喚醒操作以及功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)，可以在一定傳輸性能前提下，有效節(jié)省設(shè)備功耗。綜上，基于業(yè)務(wù)特性進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸性能與功耗的折中，將是提高網(wǎng)絡(luò)能量效率的有效手段。

4.3 處理復(fù)雜度與功耗的折中

以上從無線通信資源以及業(yè)務(wù)性能兩方面，探究了鏈路級(jí)傳輸功耗節(jié)省的原理及方法。此外，無線信道狀態(tài)信息（channel status information,CSI）是影響網(wǎng)絡(luò)性能的決定性因素之一，基于CSI的無線鏈路自適應(yīng)以及資源分配技術(shù)，也是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)能耗的重要內(nèi)容。然而，為實(shí)現(xiàn)無線資源分配以及上述與傳輸功耗的折中，網(wǎng)絡(luò)往往依賴更多的系統(tǒng)開銷信號(hào)、更為復(fù)雜的信號(hào)處理以及傳輸技術(shù)。由此可以推斷，處理復(fù)雜度也是影響能量效率的重要因素之一，也應(yīng)與功耗存在一定的折中關(guān)系。

利用處理復(fù)雜度換取功率資源，主要是通過更為高級(jí)的資源分配策略及信號(hào)處理方法，以減小傳輸功耗為目標(biāo)，降低網(wǎng)絡(luò)能耗；但另一方面，高級(jí)的處理方法又會(huì)帶來處理復(fù)雜度的提升，引入更大的處理功耗，在一定程度上限制了網(wǎng)絡(luò)能耗的優(yōu)化。例如，在多用戶OFDMA系統(tǒng)中，利用多用戶分集，采用自適應(yīng)調(diào)制和無線資源分配算法，可以有效優(yōu)化基站的總傳輸功率。然而，多用戶小區(qū)的資源分配往往是一個(gè)NP-難問題，為獲得最優(yōu)/次優(yōu)解所采用的優(yōu)化方法通常具有較高的復(fù)雜度，需引入較大的處理功耗以及處理延時(shí)。此外，傳輸導(dǎo)頻等開銷信號(hào)所需功耗的提升也不可忽視。隨著LTE系統(tǒng)中無線資源分配、MIMO等技術(shù)的使用，無線信道CSI的需求量成倍增加，對信道估計(jì)質(zhì)量的要求也越來越高，這就帶來了更多的導(dǎo)頻傳輸。因此，如何在優(yōu)化傳輸功率、提高傳輸性能的同時(shí)，設(shè)計(jì)出具有較低系統(tǒng)開銷以及處理功耗的信號(hào)處理與傳輸技術(shù)，應(yīng)成為今后研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

5 網(wǎng)絡(luò)級(jí)能量優(yōu)化

基于上述3類重要的折中關(guān)系，研究其實(shí)現(xiàn)所需的無線通信技術(shù)和方法，是實(shí)現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡(luò)能量優(yōu)化的重點(diǎn)內(nèi)容。本章從網(wǎng)絡(luò)層角度，系統(tǒng)分析具有高能效的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、資源分配策略及信號(hào)處理與傳輸技術(shù)等，旨在實(shí)現(xiàn)上述的折中關(guān)系，從全網(wǎng)角度顯著優(yōu)化無線通信網(wǎng)絡(luò)能耗。

5.1 異構(gòu)無線通信網(wǎng)絡(luò)

傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣、基站密度低、存在覆蓋盲區(qū)(如小區(qū)邊緣等)，難以支持局部高速業(yè)務(wù)需求。為此，在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中引入了具有很低功耗的微蜂窩（micro cell），微微蜂窩(pico cell)及家庭基站（Femtocell）等各類無線接入站點(diǎn)，構(gòu)成異構(gòu)無線通信網(wǎng)絡(luò)，旨在滿足大容量業(yè)務(wù)需求的同時(shí)，提高網(wǎng)絡(luò)的能量效率。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，具有大容量高速業(yè)務(wù)需求的熱點(diǎn)區(qū)域由布設(shè)密度較高的微/微微小區(qū)服務(wù)，家庭基站則負(fù)責(zé)為室內(nèi)用戶提供高速率寬帶無線覆蓋[6]；而傳統(tǒng)宏蜂窩則主要解決用戶的覆蓋問題，并對其服務(wù)區(qū)內(nèi)的各種接入節(jié)點(diǎn)以及無線資源進(jìn)行控制和調(diào)度。通過微站點(diǎn)等無線站點(diǎn)的引入，提高了接入節(jié)點(diǎn)的密度，明顯縮短用戶與其接入點(diǎn)的傳輸距離，有效降低了傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)由宏基站推送高速業(yè)務(wù)所需的極大傳輸功耗。同時(shí)，微站點(diǎn)、家庭基站等接入點(diǎn)本身功耗很低，使得數(shù)據(jù)傳輸可以對其功耗充分利用，有效提高了能量使用效率。參考文獻(xiàn)[19]在宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)中引入微基站，并將其放置于宏蜂窩小區(qū)邊緣，進(jìn)而提出一種異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。同時(shí)，該文全面考慮了包括功放、饋電損耗、信號(hào)處理等因素在內(nèi)的基站功耗模型，通過分析不同微基站密度下，網(wǎng)絡(luò)的容量性能提升以及總功耗，充分論證了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是提高無線通信網(wǎng)絡(luò)能量效率的有效手段。在此基礎(chǔ)上，參考文獻(xiàn)[20]結(jié)合無線資源分配策略，進(jìn)一步研究了OFDMA多用戶小區(qū)中該異構(gòu)結(jié)構(gòu)在能量效率方面的優(yōu)勢。

然而，引入過多的接入節(jié)點(diǎn)將會(huì)帶來額外干擾，影響能量效率的提升，而且，由于用戶移動(dòng)引起的節(jié)點(diǎn)間切換也變得更加頻繁，提高了系統(tǒng)的處理復(fù)雜度。因而，如何選擇合理的接入節(jié)點(diǎn)密度，確定最優(yōu)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)高能效異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的核心問題。此外，如何實(shí)現(xiàn)不同類型的接入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間的統(tǒng)一調(diào)度，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的協(xié)調(diào)與共享，也是其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問題，需要進(jìn)一步深入研究。

5.2 協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)

協(xié)作通信技術(shù)被認(rèn)為是下一代無線通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，相應(yīng)的協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)也成為未來無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的有力競爭者，其主要包括分布式天線系統(tǒng)(distributed antenna system，DAS)、協(xié)作中繼傳輸?shù)葘?shí)現(xiàn)形式，在提高網(wǎng)絡(luò)能量效率方面，是一種非常有潛力的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。DAS可通過小區(qū)間的基站協(xié)作實(shí)現(xiàn)，通過在不同基站間協(xié)調(diào)發(fā)端信號(hào)的波束成形，有效控制了基站間同頻信號(hào)干擾強(qiáng)度，進(jìn)而有效提高了SINR水平，在保證一定無線鏈路SINR的前提下，減小基站的發(fā)射功率[21]。參考文獻(xiàn)[7]基于完整的基站功耗模型，全面分析基站協(xié)作蜂窩網(wǎng)絡(luò)的能量效率，并指出基站協(xié)作是提高無線網(wǎng)絡(luò)能量效率的有效方法。協(xié)作中繼技術(shù)則可以減小傳輸距離，并通過中繼節(jié)點(diǎn)對信號(hào)的放大與編解碼處理，提高系統(tǒng)吞吐量以及覆蓋范圍。參考文獻(xiàn)[22]對基于放大轉(zhuǎn)發(fā)的協(xié)作中繼傳輸進(jìn)行了傳輸功率的分析，指出中繼傳輸縮短了傳輸距離，可以獲取傳輸功率的節(jié)省，提高傳輸能量效率。同時(shí)，中繼傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)也不需要復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施改動(dòng)，易于在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)施前提下實(shí)施應(yīng)用[21]。

盡管如此，協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中需要更為復(fù)雜的信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)協(xié)作傳輸（如譯碼轉(zhuǎn)發(fā)、編碼協(xié)作等），將會(huì)帶來處理功耗的提升；同時(shí)，節(jié)點(diǎn)間為實(shí)現(xiàn)協(xié)作而進(jìn)行的額外信息交互以及更多的導(dǎo)頻等參考信號(hào)的傳輸，也會(huì)使得增加開銷功耗。因此，合理平衡傳輸功率節(jié)省與處理功耗增加，是實(shí)現(xiàn)高能效協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的重要課題。

5.3 無線資源分配

前述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，側(cè)重于高能效網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而最終能否實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能量效率的顯著提高，則取決于網(wǎng)絡(luò)各類資源的分配是否合理。無線信道狀態(tài)信息（CSI）是決定網(wǎng)絡(luò)性能的最重要因素，也是進(jìn)行無線資源分配的主要依據(jù)。無線資源分配的核心在于協(xié)調(diào)用戶對無線接入的競爭，根據(jù)各用戶CSI合理分配無線信道、傳輸功率等系統(tǒng)資源，進(jìn)行無線鏈路自適應(yīng)，進(jìn)而在網(wǎng)絡(luò)資源約束下提高網(wǎng)絡(luò)傳輸容量，或在一定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力約束下降低功耗。另一方面，隨著業(yè)務(wù)種類的豐富，用戶對各類業(yè)務(wù)的QoS需求、用戶接入公平性等因素，也成為網(wǎng)絡(luò)資源分配的重要因素。OFDMA網(wǎng)絡(luò)允許利用多用戶分集進(jìn)行資源分配，并已成為提高網(wǎng)絡(luò)性能的重要手段。隨著OFDMA成為LTE系統(tǒng)的下行多址技術(shù)，基于OFDMA網(wǎng)絡(luò)的無線資源分配也成為了學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。作為OFDMA資源分配的經(jīng)典研究，參考文獻(xiàn)[23]正是基于用戶的瞬時(shí)CSI，進(jìn)行聯(lián)合載波分配與鏈路自適應(yīng)調(diào)制，以顯著優(yōu)化傳輸總功率，同時(shí)綜合考慮用戶的QoS需求。對于下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)，由于其頻譜等各類無線資源的動(dòng)態(tài)規(guī)劃以及無線多媒體業(yè)務(wù)需求，無線資源分配更是成為其核心技術(shù)之一。例如，LTE系統(tǒng)中支持基于時(shí)/頻資源塊的資源調(diào)度方法，其充分考慮了信道的“雙選”特性以及業(yè)務(wù)QoS需求。因而，無線資源分配將成為優(yōu)化下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)的重要手段。

對于資源分配策略的進(jìn)一步研究，需綜合考慮以下因素。由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的引入，接入點(diǎn)空間分布更加密集，從空間上提供了更多無線傳輸鏈路，而作為未來無線主流業(yè)務(wù)，非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)需充分考慮傳輸?shù)臅r(shí)間維度以及CSI的時(shí)變特性。因此，需綜合考慮 “時(shí)間”、“頻率”、“空間”等多資源域，由全局優(yōu)化代替?zhèn)鹘y(tǒng)局部優(yōu)化，將成為未來資源分配策略研究的主要發(fā)展趨勢。此外，資源分配通常涉及NP-難組合優(yōu)化問題求解，只有具有低復(fù)雜度且性能接近最優(yōu)解的算法，才能應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)。因此，對低復(fù)雜度算法的開發(fā)也應(yīng)成為今后研究重點(diǎn)。

5.4 多媒體廣播/組播與網(wǎng)絡(luò)融合

下一代無線通信系統(tǒng)支持移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)，而移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的多媒體業(yè)務(wù)（尤其是視頻業(yè)務(wù)）請求具有明顯的規(guī)律性，即大量用戶的業(yè)務(wù)請求多集中于少量的傳輸熱點(diǎn)內(nèi)容。然而，現(xiàn)有無線通信網(wǎng)絡(luò)往往忽視用戶請求的業(yè)務(wù)內(nèi)容，對所有業(yè)務(wù)均采用單播模式傳輸，即為所有的業(yè)務(wù)均分配專有的信道以及功率資源，因而會(huì)造成大量熱點(diǎn)業(yè)務(wù)的重復(fù)傳輸，降低無線資源利用率并導(dǎo)致傳輸功率浪費(fèi)。

由電磁波的空間傳輸特性，對于熱點(diǎn)業(yè)務(wù)可采用廣播/多播傳輸方式，避免單播帶來的重復(fù)傳輸。廣播網(wǎng)具有寬帶傳輸、容量高、覆蓋廣、數(shù)據(jù)擁塞率低等特點(diǎn)，是一種高可靠性的信息傳輸系統(tǒng)。因此，應(yīng)將通信網(wǎng)與廣播網(wǎng)相融合，根據(jù)業(yè)務(wù)傳輸內(nèi)容，將熱點(diǎn)業(yè)務(wù)移交廣播網(wǎng)絡(luò)傳輸，進(jìn)而有效節(jié)省由無線通信網(wǎng)進(jìn)行無線多媒體業(yè)務(wù)單播所需的較大功耗開銷。通信網(wǎng)與廣播網(wǎng)融合涉及到協(xié)議改動(dòng)、無線資源調(diào)度、多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同管理等問題。參考文獻(xiàn)[24]研究了融合通信廣播網(wǎng)絡(luò) (integrated communication and broadcast network,ICBN)，提出了基于ICBN的移動(dòng)多媒體服務(wù)新模式，針對ICBN特點(diǎn)對TCP協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，并且提出了層次化的可靠廣播/多播機(jī)制，為通信網(wǎng)與廣播網(wǎng)的融合提供支持。除了融合廣播網(wǎng)之外，還可將蜂窩網(wǎng)絡(luò)與WLAN、WiMAX、終端短距離通信等各種網(wǎng)絡(luò)相融合，進(jìn)行分布/集中式調(diào)度，在保證有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，根據(jù)用戶分布、業(yè)務(wù)特性等選擇合適的接入點(diǎn)，減小傳輸距離，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)功耗。

5.5 動(dòng)態(tài)關(guān)斷技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥赃m應(yīng)

現(xiàn)有蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)大多根據(jù)一定區(qū)域最大網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量的統(tǒng)計(jì)（或估計(jì)）結(jié)果，進(jìn)行設(shè)計(jì)和部署，具有固定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；同時(shí)，為保證其可靠性及覆蓋能力，無論當(dāng)前是否有業(yè)務(wù)需求，網(wǎng)絡(luò)中的所有基站處于持續(xù)的開啟狀態(tài)。由于業(yè)務(wù)分布在時(shí)間和空間上具有明顯的波動(dòng)性，一定區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)負(fù)載在較長時(shí)段內(nèi)會(huì)維持較低水平，與網(wǎng)絡(luò)峰值負(fù)載相距甚遠(yuǎn)，甚至存在較長時(shí)間空載[25]。對于持續(xù)開啟的基站，在低負(fù)載時(shí)段其功耗得不到充分利用，造成現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站功耗使用率低下。因此，從功耗角度分析，固定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并不是網(wǎng)絡(luò)部署運(yùn)營的最佳方案。

為解決上述問題，參考文獻(xiàn)[26]提出了基站動(dòng)態(tài)關(guān)斷技術(shù)。通過在網(wǎng)絡(luò)低負(fù)載時(shí)段僅維持少量基站開啟，并適當(dāng)擴(kuò)大其覆蓋范圍來接管關(guān)斷基站的業(yè)務(wù)需求，進(jìn)而利用少數(shù)基站的傳輸功率的提升換取大量基站開啟所需功率的節(jié)省。參考文獻(xiàn)[25]提出 “小區(qū)縮放”概念，通過考慮網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、業(yè)務(wù)需求等因素，提出了各種小區(qū)縮放策略，以保證動(dòng)態(tài)關(guān)斷技術(shù)的有效實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)實(shí)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，為滿足密集用戶大容量業(yè)務(wù)需求，通常需要若干基站對密集用戶區(qū)進(jìn)行重疊覆蓋，這也為實(shí)現(xiàn)基站關(guān)斷與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥赃m應(yīng)提供了條件。參考文獻(xiàn)[2]基于曼徹斯特一定區(qū)域內(nèi)的真實(shí)蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及運(yùn)營商的業(yè)務(wù)分布數(shù)據(jù)，研究了基于貪婪算法的基站關(guān)斷算法，進(jìn)而說明在現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖喜捎脛?dòng)態(tài)關(guān)斷技術(shù)，可有效提高網(wǎng)絡(luò)能量效率。

6 結(jié)束語

面對全球能源壓力和環(huán)境污染問題越發(fā)嚴(yán)重的形勢，綠色節(jié)能業(yè)已成為全球發(fā)展的主題之一；節(jié)能減排、發(fā)展綠色無線通信成為了無線通信系統(tǒng)演進(jìn)和發(fā)展的必然趨勢，并受到通信行業(yè)的廣泛關(guān)注。無線接入網(wǎng)在整個(gè)無線通信網(wǎng)絡(luò)能耗中占有決定性比重，因此必須對現(xiàn)有無線接入網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和無線接入與傳輸技術(shù)進(jìn)行有效改進(jìn)，建立高能效無線接入網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)綠色無線通信。

本文從器件級(jí)、鏈路級(jí)和網(wǎng)絡(luò)級(jí)3個(gè)層面，系統(tǒng)闡釋基于無線接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)能量優(yōu)化相關(guān)原理、方法以及關(guān)鍵技術(shù)，以有效優(yōu)化無線通信網(wǎng)絡(luò)能耗、提高能源使用效率，進(jìn)而明確了綠色無線通信主要研究方向，可作為綠色無線通信研究和發(fā)展的重要參考。

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