5G网络中面向终端能效的并发传输问题探讨

张志

（中通服咨询设计研究院有限公司江苏南京210019）

摘要：5G网络时代已经来临，对于5G网络，相关技术人员要加强应用问题的研究，以提高5G组网水平。本文只要对5G无线通信网络中并行传输中的多个无线接入技术（RATs）、在多模用户设备（MUE）条件下的能源效率（EE）、静态电路功耗下的无线接入技术和MUE和信道状态信息进行了深入研究，提出了一个基于能源效率的最大并发传输方式，充分利用多无线传输结合并行传输的增益策略。

关键词：5G网络；终端能效；并发传输

1研究5G网络面向终端能效的并发传输问题的必要性

目前，已有的研究主要集中在通过无线传输来提高网络和用户的效能，忽略了通过多个无线电流来进行传输的增益。因此如何利用多个无线传输提高效能是一个重要的研究方向。同时制定能源效率最大并发传输问题作为一个二元混合整数规划，并在一些特定的静态电路功率的条件下，建立多无线接入并发传输的最佳选择和传输速率。此外，为了处理网页加速问题，推导简化整数约束条件的近似表达式，因此原计划转化为一个非线性连续优化问题，进行移动网页加速器（MIP）的分析。低功率条件下一般静态电路复杂度的启发式算法可以实现最优解，因此本文提出了仿真结果证实策略，表明MUEEE性能可以通过合理有效的多执行并发传输来提高其利用率和有效性。

2研究概况

2.1传输效能

在绿色通信领域包括四个无线网络的基础：部署效率，频谱效率，带宽效能和延迟效能。在异构网络（HetNet），基于这些因素，研究人员进行了一系列的研究以图从网络端和用户端来改善传输效能。网络端的通信效能，一个主要的方法是睡眠机制，这是基于部署效率的权衡，可以节省能源的网络，打开和关闭无线传输自适应。结合两种不同的睡眠机制，通过关闭一些系统的资源，以尽量减少能源消耗。一些研究基于频谱效率和带宽效能以提高资源配置能力，并通过功率分配方案来最大限度的提高链路的自适应传输能力。

2.2传输执行

在本文中，我们主要集中在上行链路的情况下，由于上行链路传输占主导地位的UE的传输功率。在该区域中有不同的传输重叠，其中有两种UE属于不同的无线网络，单模UE和MUE。单模UE是配备单收发器的传统UE，只能接入一个无线传输；MUE可以建立与所有可用传输的连接。因此，并行传输可以执行MUE，例如，用于上行传输，MUE分为3个单位，3个独立的传输同时进行。一个新的功能实体，称为多无线电资源管理，能够有效的解决这种情况，采用多个组管理，也被称为通用接入网络控制器。为了执行精确，我们加强多功能无线资源的管理，重命名为增强协同无线资源管理，其不仅只选择参与并发传输，还分割整个MUE以获取最大的无线传输效果。

3并发传输基础思想分析

根据效能和传输速率之间的关系，当传输速率高，效能迅速下降，随着传输速率的增加，效能还会不同程度的提高。但是根据效能的变化率，可以分为两种模式：高效能和低效能，高效能代表在该区域MUE具有相对高的效能，通过执行并行传输来提高效能。但是缺乏数据的应用程序总是意味着较低的传输速率，因此，它很容易进入低效能运行，在这种情况下，效能会急剧下降。受此启发，可以将MUE与所有可用的传输建立多个连接。特别是按照一定排序法进行传输排序的时候，选择第一个传输通道来传输整个信息，如果传输进入低效能模式，将通过第二传输通道进行传输，以提高传输效能。为了实现这一目标，需要解决三个比较关键的问题。①所有可用无线传输的排序规律应当进行调查，以确保更好的传输能够被优先选择。②每个选定传输的最佳传输速率必须要明确。③明确高效能和低效能模式的边界，确定下一个无线传输应何时参加并发传输。需要注意的是，RB的值意味着是否应该使用并发传输来改善效能。如果Rb比较大，那么并发传输是不必要的，通过单传输就足以获得最大的效能；如果RB比较小，则意味着并发传输应该始终执行。

4并发传输的问题分析

优化问题不仅涉及连续变量，同时也包含一个二进制变量。因为每个无线传输都有两种可能性（选定或取消选定），因此，很难找到封闭形式的解决方案。值得注意的是，从数学的角度来看，二元变量和连续变量在这样的问题上是相互独立的。虽然不是最优解，但它仍然是一个可行的解决方案。因此，我们可以把这个MIP问题分为两个子问题：即传输应选择并发传输以及选定传输的最佳传输速率。此引理意味着功率消耗的偏导数越低，功耗越低。为了获得最大的效能，偏导数应保持尽可能低。换言之，低偏导数的传输应优先利用，并且根据被选择信道功率的增益来排序。

5并发传输的效能最大化优化路径

5.1低静态电路功率条件

在大多数情况下，静态电路的电源由相应的收发器提供，并远低于通过无线数据传输的功率消耗。这意味着，大多数情形下可以提供条件，低静态电路的功率条件下算法可以实现最优解，与穷举搜索方法相比具有更小的复杂性。

5.2高静态电路功率条件

如果一个或多个收发器具有高静态电路功率，需要一个启发式算法来实现接近最优解的方案，以提高传输效率。然而，新的优化问题的目标函数和约束条件仍然是非连续的，不能直接解决。当考虑到整数约束的影响时，一些低数据率的传输不应该被选中。启发式算法有两个循环，内点法，通过内点法求解优化问题；外环检查，确定最优解，并找到接近最优的解决方案，二者可以实现实时。

6并发传输优化方案的绩效评估

6.1优化验证

我们首先验证上述算法的最优性。穷举搜索法和内点法将分别寻找最优的网络选择和最优数据率，穷举搜索认为所有可能性大的选择，对于每一种可能性，效能最大化问题将成为一个凸优化问题，内点法可以很容易地找到最佳的传输速率。

6.2仿真设置

考虑5G网络方案仍然悬而未决，不同于以往的四代，超致密性能和多址接入作为5G的基础性特征，即5G将是高度集成、捆绑任何有前途的空中接口和频谱的无线技术，如LTE、高速分组接入（HSPA）、GPRS和WIFI普及高覆盖率和无缝的用户体验。因此，为了充分验证所提出的策略的性能，两个网络（即，LTE和GPRS蜂窝网络）具有很大的差异，已被选定为模拟场景组成。中国移动运营TD-LTE和GPRS的同时，使它更容易发展到5G。5.3非零静态电路功率性能讨论研究的影响，静态功耗为LTE收发和GPRS收发。一般来说，大约50%的功率将用于数据传输（处理单元，存储单元，LCD等将响应其他50%），运行期不同的应用程序可以明显延长对于数据密集型应用。在无线通信系统中，无线信道的时变特性和用户的移动性会导致信道衰落，从而影响传输性能。

7结语

通过多组可以大大提高性能的并行传输，提出一种节能最大化并发传输策略，将整个业务分成不同的子流。制定最佳的并发传输问题。提出在不同的静态电路的功率条件下，以达到最佳和接近最优的解决方案。此外，确切的实施方案表明，所提出的策略能够工作在5G网络。最后，仿真结果表明，就效能方面来看，其成果具有普遍适用性，但是如果应用至实际中仍旧需要进一步的分析与研究。

参考文献：

[1]杨红梅,黄红艳.5G网络安全关键技术及标准化进展[J].信息通信技术与政策,2019(02)

[2]何欣,彭赞.关于5G网络安全发展趋势探析[J].数字通信世界,2019(01)