C-RAN架构下节能关键技术研究

作     者：郭洪刚 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：纪红

授予年度：2017年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：云接入网络 基带处理单元 切换策略 节能 移动前传链路 

摘      要：云接入网络(Cloud-Radio Access Networks,C-RAN)是支持云计算技术、资源集中处理技术和多点协作技术的绿色新型无线接入网构架,C-RAN的提出将使无线接入网节省能耗。C-RAN由三部分组成:射频拉远头(Remote Radio Head, RRH)、移动前传链路(Fronthaul)、基带处理单元(Baseband Units,BBU)池。其中BBU池负责集中式处理数字基带信号,RRH是配备天线的射频信号收发单元,高带宽低延迟的移动前传链路负责传输RRH和BBU池之间的IQ信号。现有的节能方法主要集中在考虑用户服务质量(Quality of Service,QoS)需求和RRH传输功率消耗等限制条件下的RRH节能方法,但是对于BBU池的节能方案缺乏研究。BBU池的节能方案涉及BBU池的能耗分析。传统无线接入网中移动前传链路产生的能耗远小于基站,而在C-RAN中移动前传链路将传输数十Gbps的IQ信号,其产生的能耗与BBU池和RRH相当,因此需要考虑移动前传链路对BBU池节能方案带来的影响。根据目前提出的C-RAN架构,对BBU池的能耗分析需要在有线和无线移动前传两种架构中分开进行。在有线移动前传C-RAN中,移动前传链路由光纤链路构成,BBU池能耗主要考虑基带处理产生的能耗,而在无线移动前传C-RAN中,移动前传链路是采用毫米波等技术的无线链路,BBU池的能耗还需额外考虑发射单元产生的能耗。本文针对以上两种架构对C-RAN中的节能关键技术展开研究,主要工作如下:第一,提出一种有线移动前传C-RAN中基于BBU切换策略的BBU池节能算法,在不影响网络性能及用户QoS需求的同时,最大化BBU池中睡眠BBU的数量以节省能耗。主要根据移动用户设备(MobileUser Equipment, MUE)的速率需求、MUE的数量、RRH的带宽、RRH与MUE之间的传输功率等因子,提出一个评估BBU资源利用率的方案。然后在考虑网络限制条件的同时构造目标函数。在此基础上提出一个合并删除算法以节省BBU池中的能耗。仿真结果表明,BBU池中的睡眠BBU数量达到最大值,BBU池中的能耗随着网络负载动态波动,且所提算法在BBU池节能性能方面优于静态方案及相关文献中的算法。所提算法有效减少了有线移动前传C-RAN中BBU池的能耗。第二,提出一种无线移动前传C-RAN中基于RRH附着策略的最小关联度BBU选择算法。该算法在保证用户QoS需求与BBU池侧发射单元传输功率消耗限制的同时,最小化BBU池总能耗。根据与RRH的关联度选择BBU池内需要切换为睡眠状态的BBU,并通过不断迭代删除BBU池内多余的BBU,最终达到最优节能状态。仿真结果表明,针对不同的MUE速率需求及不同数量的RRH都能有效节省BBU池能耗。所提算法在BBU池节能性能方面优于静态方案且接近于最优方案,具有算法复杂度低、易于在实际情景中使用的特点。