【摘要】：隨著高速率、低時延無線互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用如高清視頻、VR/AR和自動駕駛等越來越受到關(guān)注,無線數(shù)據(jù)流量急劇增長,各種新應(yīng)用需要不同的業(yè)務(wù)保障。未來無線網(wǎng)絡(luò)需要一個靈活、節(jié)能、功能強大的部署架構(gòu)。云無線接入網(wǎng)(Cloud RAN Radio Access Network,C-RAN)以其高效的無線資源管理和能源節(jié)約等優(yōu)勢受到了越來越多的關(guān)注。在C-RAN中,具有射頻模塊的遠端無線發(fā)射單元(Remote Radio Heads,RRH)負責(zé)接收/發(fā)送無線信號,云端的基帶處理單元(Baseband Units,BBU)使用先進的處理器形成虛擬基站完成傳統(tǒng)基站中的基帶功能(如編碼、調(diào)制、傅里葉變換),可以實現(xiàn)聯(lián)合調(diào)度、波束賦形和干擾管理等高級功能。與此同時,在實際部署場景中,C-RAN資源分配面臨著一些挑戰(zhàn):(1)在C-RAN中,所有的用戶數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)將通過Fronthaul傳送到云端進行處理,對Fronthaul產(chǎn)生了巨大的壓力,增加了運營商建網(wǎng)成本。另外,基帶處理功能遷移到BBU后,BBU池中計算資源的處理所消耗的功率將占系統(tǒng)功耗的主要部分。因此C-RAN系統(tǒng)的資源調(diào)度要聯(lián)合考慮BBU計算資源和RRH無線資源。(2)集中式的資源管理使物理層高級技術(shù)如多點協(xié)作傳輸(Coordinated Multiple Point Transmission and Reception,CoMP)得以在C-RAN中有效利用。然而高CoMP增益需要完美的信道狀態(tài)信息(Channel State Information,CSI)。事實上,完美的CSI很難獲取,因此C-RAN系統(tǒng)要重點研究不完美CSI下的資源調(diào)度以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文針對C-RAN實際場景下的資源分配面臨的問題,以最小化系統(tǒng)功耗為優(yōu)化目標(biāo),提出相應(yīng)的優(yōu)化算法,主要內(nèi)容如下:首先,本文對C-RAN系統(tǒng)的基本組成和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行分析,研究綠色C-RAN演進的關(guān)鍵技術(shù),并針對目前C-RAN資源管理現(xiàn)狀進行了一些分析總結(jié)。然后,以最小化系統(tǒng)功耗為優(yōu)化目標(biāo),綜合考慮Fronthaul容量、RRH功率、BBU計算資源和系統(tǒng)總時延等約束條件,研究C-RAN系統(tǒng)下BBU計算資源和RRH無線資源的聯(lián)合分配問題。原問題是一個聯(lián)合問題,很難直接解決。為了降低計算復(fù)雜度,首先將原問題分解為無線資源分配子問題和計算資源分配子問題。無線資源分配子問題是一個混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題(Mixed Integer Nonlinear Programming,MINLP),可以轉(zhuǎn)化為二階錐問題求解。計算資源分配子問題則可以轉(zhuǎn)化為0-1多背包問題,采用貪心算法進行求解。仿真結(jié)果驗證所提出的的聯(lián)合資源分配算法可以有效的節(jié)約系統(tǒng)功耗。接著,針對不完美CSI狀態(tài)下C-RAN系統(tǒng)資源分配,在考慮Fronthaul容量、RRH功率等約束條件下設(shè)計一個穩(wěn)定資源分配算法以保證系統(tǒng)功耗最小。首先將原問題分解為虛擬機(VM)-用戶(UE)計算資源映射子問題和不完美CSI下無線資源分配子問題。計算資源分配子問題可以看做是二分圖加權(quán)匹配問題,使用Kuhn—Munkres算法解決。由于不完美CSI下信道的不確定性,信干噪比(Signal-to-Noise Ratio,SINR)約束的個數(shù)無法確定。為了解決此問題,采取在信道誤差范圍內(nèi)求解SINR的最小值的方法將SINR約束個數(shù)降為一個。仿真表明,不完美CSI下的魯棒性無線資源和計算資源聯(lián)合分配算法能有效降低系統(tǒng)功耗。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5
【圖文】：

邐第一章緒論邐逡逑第一章緒論逡逑１．１研究背景逡逑隨著高速率、低時延無線互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用如４Ｋ高清視頻、ＡＲ／ＶＲ、自動駕駛等逡逑越來越受關(guān)注，無線數(shù)據(jù)流量急劇增長，各種新應(yīng)用需要不同的業(yè)務(wù)保障。比如逡逑４Ｋ高清視頻在經(jīng)過超強壓縮之后仍然有幾十個ＧＢ；邋ＶＲ／ＡＲ在帶給用戶身臨其逡逑境般沉浸式體驗的同時也要保證碼率在５０Ｍｂｐｓ左右，時延控制在１０？２０ｍｓ；自逡逑動駕駛業(yè)務(wù)則要求在ｌｍｓ內(nèi)完成１ＧＢ數(shù)據(jù)的下載。思科數(shù)據(jù)報告研究表明，預(yù)逡逑計到２０２０年，數(shù)據(jù)流量總量將會是２０１６年的兩倍⑴。另外，隨著移動智能終端逡逑的普及，移動運營商必須不斷的對網(wǎng)絡(luò)擴容．不斷部署更多的站點以滿足用戶的逡逑移動帶寬要求，這將不斷增加運營商的資本性支出（Ｃａｐｉｔａｌ邋Ｅｘｐｅｎｄｉｔｕｒｅ，邋ＣＡＰＥＸ）逡逑和運營支出（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ邋Ｅｘｐｅｎｓｅ，ＯＰＥＸ），圖１－１為基站的維護和運行成本７Ｆ意圖。逡逑７年的ＯＰＨＸ逡逑

移動運營商必須不斷的對網(wǎng)絡(luò)擴容．不斷部署更多的站點以滿足用戶的逡逑移動帶寬要求，這將不斷增加運營商的資本性支出（Ｃａｐｉｔａｌ邋Ｅｘｐｅｎｄｉｔｕｒｅ，邋ＣＡＰＥＸ）逡逑和運營支出（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ邋Ｅｘｐｅｎｓｅ，ＯＰＥＸ），圖１－１為基站的維護和運行成本７Ｆ意圖。逡逑７年的ＯＰＨＸ逡逑，一邋Ｉ：邋？逡逑ＣＡＰＥＸ逡逑■0．＜、■－邐４邋＿＿＿＿１＿＿｜漏逡逑１，１邋；逡逑ＳＩ．邋，邋＾８邐ＩＶ邋４０％ＴＣＯ逡逑圖１－１基站成本分析逡逑其次，ＬＴＥ和未來５Ｇ網(wǎng)絡(luò)普遍采用較高的工作頻段，基站站點需要以更加逡逑密集的范式部署，這對小區(qū)間信號的干擾協(xié)調(diào)和干擾控制要求極為嚴(yán)格。在現(xiàn)有逡逑的單一集中式硬件基站架構(gòu)下，每個基站連接固定數(shù)量的天線，具有獨立的機房逡逑設(shè)備，并且只能處理本小區(qū)的信號，大規(guī)模的流量難以通過Ｘ２接口在小區(qū)之間逡逑傳輸

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