对绿色无线移动通信技术的研究和思考

河北衡水中学 马子嘉

对绿色无线移动通信技术的研究和思考

河北衡水中学 马子嘉

随着移动通信的广泛普及和深入应用，节约能源、节约资源、保护环境将会是继新一代无线通信之后又一重要发展方向，已成为亟需研究的重大前沿课题，需要从理论、方法、技术和应用多方面进行系统研究。本文就对绿色无线移动通信技术进行深入分析，旨在我国无线移动通信绿色技术提供理论依据。

无线移动通信技术；绿色环保；研究分析

近些年，通信产业的高速发展，通信网络特别是移动蜂窝网络的高能耗问题也日趋严峻。目前，蜂窝网络的发展局势是要为无线接入提供高速数据接入，这对蜂窝网络的覆盖范围与基站密度提出了更高的要求，从而也提高了蜂窝网络运营成本与能量消耗。 因此，绿色无线通信技术更值得关注。

1.基本概述

从移动通信发展之初，频谱效率就被广泛的作为无线通信系统的性能指标。以频谱效率为导向的系统的设计目标是在峰值功率或者均值功率的约束下最大化系统的频谱效率，从而导致在很长一段时间以最大发射功率进行数据传输。然而随着能量的限制逐渐明显，能量效率作为另一评估指标逐渐受到了越来越多的关注。能量效率，通常被定义为每单位传输能量可发射的信息比特。从S.Verdu[1]的信息论的角度研究了多种场景下的能量效率。对于高斯白噪声信道，由香农定理，对于给定的发射功率P和系统带宽B，信道容量是：

从上式中可以明显看出，能量效率随着速率R单调递减，并且当R→0时，

公式（2）是基于信息块大小无限大和自由度无限大的假设。但是，在有限系统中实际情况完全不同。文献（3）研究得出，在有限的情况下，无噪声的反馈可以得到较好的能量效率，而在无限的情况下并不能提高。从信息论角度出发研究得到的能量效率的界由于多种影响因素通常无法在实际系统中实现，这些因素包括：括∶信道编码会有性能上的损失、信道状态信息( Channel State Information, CSI )通常不完美、同步开销以及传输电路的能量消耗。在这些因素中，电路能量消耗可以改变能量效率与数据速率的折中关系。将电路能量消耗考虑其中，能量效率需要被重新定义，公式分母中的能量不再只是发射功率，还应加上电路能量。能量效率与数据传输速率的关系如图1所示：

图1 能量效率与数据传输速率的关系图

2.当前蜂窝网络节能技术现状

基于传统蜂窝网，其他各类网络技术也发展迅速，广播网、无线局域网、卫星网、无线传感网、移动互联网、Ad Hoc网等都为用户提供多种模式的接入服务，但是为了追求能给用户带来更好的服务，造成了重复建设，对资源没有利用到最大化，造成了资源浪费，也带来了污染，因此能效很低。其中对共享和充分利用现有 GSM 网络资源，完成优质、快速、低成本的 UMTS 网络（及 LTE 网络）建设，是运营商极为关切的问题，其中机房资源越来越成为网络建设的瓶颈，如何共享这部分资源，中兴通讯 BBU+RRU 方案可以很好地解决这个问题，BBU+RRU 分布式基站采用开放式架构设计 ， 基站由 BBU 和RRU 组成。 BBU 实现控制管理，基带处理，Iub 接口等功能，RRU 则集成功放、收发信息、双工器等射频相关功能。 这种新型的组网方案，因其较低的工程要求和灵活的安装方式以及良好的覆盖性能，可以实现价值区域网络的快速部署，满足多场景覆盖需求。

3.无线网络的高能效资源管理

在蜂窝网中， 因为基站的能耗占通信网整个能耗的 80%，所以基站能耗的研究比较多，重点关注基站机房的能耗，特别是基站设备的能耗和机房空调的能耗。基站主设备节能成为最大的突破口， 也是运营商关注的重点。 主要集中提升基站功放能效，采用节能软件降低基站运行能耗，各类绿色洁净能源的采用（如风能、太阳能、生物能源等）、改进基站站点设计等。在网络管理方面，由于位置和时间不同，网络每日的数据量也不同，高峰时期数据量增加，甚至是低峰时期的 10 倍以上，在典型集中的工作区，周末和夜晚的数据量相比白天和工作日也大大减少。因此，针对这种情况，基站端应该识别这种变化并关闭全部或部分基站天线，通过网络管理，在保证所需的系统容量和用户服务质量的前提下，能大大节约网络能耗。

4.结束语

于移动通信尚处在高速发展阶段的我国来说正当其时。绿色化既是对移动通信体系的挑战，也带来了技术发展的新机遇，开拓了更广阔的创新空间，对于这一被发达国家视作移动通信领域竞争的新制高点，我们应该予以足够重视，在我国移动通信技术进步与产业发展中体现绿色化，在绿色化中提升我国移动通信产业竞争力。

[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]张燕.无线多天线协作通信系统研究[D].大连海事大学,2015.

无线移动通信的绿色化是移动通信可持续发展的保证，对

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

马子嘉（1999—），男，河北衡水人，在校学生。