The energy consumption in communication networks has become a major concern due to its environmental issue and economic impact. This thesis studies a way to improve the energy efficiency of a cellular network beyond 4G with multi user massive MIMO air interface. We introduce a greedy BS-user association algorithm and a heuristic BS-OFF algorithm with rate adaptation, by taking into account the network traffic load. We define, as network energy efficiency metric, the traffic-specific energy, i.e., average basestation energy consumption per bit, and present a greedy algorithm based on the specific energy.
To simulation in order to prove the performance of our proposed algorithm, we need reference models, basestation deployment model, user traffic and user demand model, and basestation power model. In this thesis we use the real topology of basestations for deployment model, and consider the population in the Manchester city to apply to the daily user traffic pattern for traffic model. The power model of basestation is used of LTE-BS power model to simulate our proposed algorithm.
We compare the performance of proposed algorithm with conventional system, which associates to the basestation with the maximum signal strength. Simulations show that the proposed algorithms can improve en-ergy efficiency substantially, by a factor of 2.24 in an example network model.
최근 환경적인 문제와 경제적인 문제로 인해 산업별로 에너지 소모에 관한 우려가 세계적으로 야기되고 있다. 통신 분야에서도 사용자들의 트래픽 사용량이 기하급수적으로 늘어나면서 그에 상응하게 에너지 소모량이 급증하고 있다. 특히 기지국에서 사용하는 에너지 량이 전체 통신 분야 에너지 소모의 약 80%까지 차지 하므로 어떻게 이 기지국을 효율적으로 운영할 수 있는지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이 졸업 논문에서 우리는 다중 사용자 MIMO 를 고려한 셀룰러 네트워크에서 에너지 효율을 높일 수 있는 방법을 연구하였다. 우리는 여기서 기지국과 사용자들의 효율적 연결 방법과 네트워크 안에서 사용자들의 트래픽 요구량을 고려하였을 때, 불필요하게 에너제를 소모하는 기지국을 끄는 방법에 대한 알고리즘을 제시하였다. 우리는 또한 알고리즘과 성능 평가를 위한 에너지 효율 단위로 Specific Energy (SE)를 제시하였는데 이는 단위 비트를 전송하기 위해 필요한 에너지량으로 정의된다.
우리의 알고리즘의 성능을 검증하기 위해서 3가지 시뮬레이션 모델이 필요하다. 먼저 기지국 위치에 대한 모델이 필요하고, 사용자의 트래픽 사용량에 대한 모델, 그리고 기지국의 파워 소모 모델이 필요하다. 우리는 영국의 Manchester city의 실제 기지국 위치를 고려하였고, 사용자의 하루 동안 트래픽 사용량에 대한 모델을 적용, 기지국 파워 모델은 LTE 기반 파워모델을 사용하였다.
우리는 본 논문에서 제안한 알고리즘과 기존의 신호 세기를 통해 사용자를 기지국에 연결시키는 시스템과 비교하였고, 제시한 모델에서 돌린 시뮬레이션 결과 기존의 시스템 대비 2.24배의 에너지 효율이 향상이 됨을 보였다.
