马忠贵等：5G超密集网络的能量效率研究综述 ·973· 、模型求解开始 的基本工具 是 4提高超密集网络能效的方法与技术 否 稳态是否存在？ 增加约束条件 近年来随着网络异构化的不断深入，网络中部 是↓ 署基站的数目也将迅速增加，超密集网络中基站的 稳态是否唯一？ 否 定量分析，去除 不需要的最优解 部署将达到和用户数一个量级，甚至可能超过用户 是长 数量].超密集网络常常部署在人群流量密集区 否 重新修正模型 域，保证该地区流量最高时候的需求，可以提高网络 是满意解吗？ 吞吐量、覆盖率和速率.然而，密集的小基站部署造 是 成能耗的急剧增加，超密集网络的能量开销也成为 是最优解吗？ 否 重新修正模型 不容忽视的一个因素.目前，学术界主要从以下4 个方面研究超密集网络的能效提升：高能效部署与 模型求解结束 规划、高能效基站休眠、高能效用户关联、高能效资 图3基于最优化理论的模型求解与分析过程 源管理 Fig.3 Flow chart of the model solution and analysis based on optimi- 4.1超密集网络的高能效部署与规划 zation theory 图4给出一种超密集网络的部署模型.从图4 3.4分数阶规划 可以看出，超密集网络在同一区域内同时部署许多 分数阶规划]理论是最优化理论的一个分支， 不同类型的基站，从而形成一个小蜂窝与宏蜂窝共 涉及分数函数的属性和优化.从前面能量效率的表 存的多层异构网络[6].超密集网络将主要利用宏 达式可以看出，不管是单一的链路还是网络，无论采 基站提供大范围基础覆盖，同时利用微微基站和家 用哪种表达方式，通信系统的能量效率总是通过分 庭基站增强特殊场景（热点、盲区、弱覆盖场景）的 数函数来表达，因而可以将能效问题当作一个分数 深度覆盖，形成广域覆盖和深度覆盖的系统内异构 阶规划问题来解决.可以将具体的能量效率优化问 体系 题转换为线性分数阶规划问题、凹线性分数阶规划 近年来，超密集网络部署逐渐引起学术界和工 问题、凹-凸分数阶规划问题、最大最小分数阶规划 业界的重视，合理的网络部署可以有效提升系统容 问题、比率和问题、比率积问题[4]等.因此，分数阶 量及网络覆盖：同时，该项研究还可以节省通信系统 规划是无线网络以及通信系统的能效建模和设计中 的资源开销，实现低碳环保的绿色通信理念.然而， 互联网 微微蜂窝 (Picocell) ©用户宽带连接 宏蜂赛 (MacroCell) MUE 封闭接入(CSG) 毫微微蜂窝 (Femtocell) 开放接人 MUE 毫微微蜂窝 MUE (Femtocell) 互联网 移动核心网路 微微蜂窝 ·无线链路 回程连接 图4密集网络的多层重叠覆盖部署模型 Fig.4 Deployment model of ultra-dense networks马忠贵等: 5G 超密集网络的能量效率研究综述 图 3 基于最优化理论的模型求解与分析过程 Fig. 3 Flow chart of the model solution and analysis based on optimi鄄 zation theory 3郾 4 分数阶规划 分数阶规划[43]理论是最优化理论的一个分支, 涉及分数函数的属性和优化. 从前面能量效率的表 图 4 密集网络的多层重叠覆盖部署模型 Fig. 4 Deployment model of ultra鄄dense networks 达式可以看出,不管是单一的链路还是网络,无论采 用哪种表达方式,通信系统的能量效率总是通过分 数函数来表达,因而可以将能效问题当作一个分数 阶规划问题来解决. 可以将具体的能量效率优化问 题转换为线性分数阶规划问题、凹线性分数阶规划 问题、凹鄄鄄凸分数阶规划问题、最大最小分数阶规划 问题、比率和问题、比率积问题[44] 等. 因此,分数阶 规划是无线网络以及通信系统的能效建模和设计中 的基本工具. 4 提高超密集网络能效的方法与技术 近年来随着网络异构化的不断深入,网络中部 署基站的数目也将迅速增加,超密集网络中基站的 部署将达到和用户数一个量级,甚至可能超过用户 数量[45] . 超密集网络常常部署在人群流量密集区 域,保证该地区流量最高时候的需求,可以提高网络 吞吐量、覆盖率和速率. 然而,密集的小基站部署造 成能耗的急剧增加,超密集网络的能量开销也成为 不容忽视的一个因素. 目前,学术界主要从以下 4 个方面研究超密集网络的能效提升:高能效部署与 规划、高能效基站休眠、高能效用户关联、高能效资 源管理. 4郾 1 超密集网络的高能效部署与规划 图 4 给出一种超密集网络的部署模型. 从图 4 可以看出,超密集网络在同一区域内同时部署许多 不同类型的基站,从而形成一个小蜂窝与宏蜂窝共 存的多层异构网络[46] . 超密集网络将主要利用宏 基站提供大范围基础覆盖,同时利用微微基站和家 庭基站增强特殊场景(热点、盲区、弱覆盖场景) 的 深度覆盖,形成广域覆盖和深度覆盖的系统内异构 体系. 近年来,超密集网络部署逐渐引起学术界和工 业界的重视,合理的网络部署可以有效提升系统容 量及网络覆盖;同时,该项研究还可以节省通信系统 的资源开销,实现低碳环保的绿色通信理念. 然而, ·973·