无线通信网络绿色效率分析
丁琢玉
摘要：文章首先详细介绍了绿色无线通信技术的产生背景和发展现状，其次系统阐述绿色无线通信的关键技术，最后对无线通信网络绿色效率进行探讨，分析了调制技术同各绿色效率之间的联系，希望对绿色无线通信今后的发展有一定的借鉴意义。
关键词：无线通信；绿色效率；关键技术；仿真
随着社会的发展和科技的进步，各种基于互联网的技术软件得到不断地开发和应用，其中，无线通信异军突起，广受欢迎，但该项技术在给人们生活工作带来便利的同时，其对环境的污染、效率低以及通信能耗问题也引起了行业内的高度关注。在这样的形势下，绿色通信概念提出，也被认为是解决无线通信高能耗和高污染的有效途径之一。目前，针对绿色通信的研究还处在初步阶段，相关效率准则较少而且尚不完备。
1.绿色无线通信技术背景和发展现状
无线网络通信技术虽然没有很悠久的历史传统，但在短短的几十年内获得了迅猛发展，尤其是进入21世纪以后，在互联网的帮助下，全球迈入信息化时代，其中无线通信技术也获得了跳跃式的发展，国际上针对这一行业的制度准则也在不断地制定和修改中，这些准则的制定旨在规范无线通信技术，使得该项技术获得长远的进步。无线通信在给人们生活工作带来便利的同时，其对环境的污染、效率低以及通信能耗问题也越来越严重。就拿能耗来讲，目前全球信息通信技术（ICT）的用电总量占到世界总耗电量的8%左右，该比例仍在增长中。国内的无线通信，据统计，3大运营商用电总量约为290亿度电，占到全国用电总量的0.8%，电信行业近些年业务量旺盛，连年增长率为5%，而耗电量每年增长10%，比业务增长高出一倍。对于二氧化碳排放量，从国际电信联盟（ITU）提供的数据来看，ICT占到世界排放总量的35%左右，我国IT产品的C02排放量分布如图1所示。而且仅2010年3大运营商的耗能所产生的二氧化碳就达到了30万吨。在这样的形势下，绿色通信概念随之产生，也被认为是解决无线通信高能耗和高污染的有效途径。绿色通信的理念从广义上涉及到了环境与产业的综合因素。通俗地说，绿色通信的目的所在即降低通信行业对环境造成的污染，并提高该行业的资源利用率，为“节能减排”社会的建设贡献一份力量。
图1中可以很清晰地看到我国IT产业中的二氧化碳排放量对建设“节能减排”社会极为不利，其中在所有产业中，通信所占的比例不容小觑。因此，绿色通信的概念一经提出便得到了了国内外相关领域专家学者的广泛关注。人们纷纷表示，绿色通信的理念决定着通信行业的未来。紧接着国际组织机构也纷纷颁布有关绿色通信的文件，整个社会纷纷许多研究机构和人员也越发关注绿色无线通信技术。首先是国际组织、国家政府等纷纷颁布了相关政策法规。
2.绿色无线通信关键技术分析
绿色通信的理念涵盖了整个通信系统，要想实现绝非易事。除了需要在观念上深入人心以外，还需要在现有的通信技术上进一步提高，对传统的能耗工艺进行改进，整个绿色通信的实现既要顾全大局，又要抓住重点，点面结合。接下来本文将从绿色通信的衡量准则出发，从设备原件入手，重点探讨绿色通信技术。
2.1衡量准则
从一定程度上说，绿色通信理念的核心内容是围绕着提高资源的利用率，降低通信设备的能耗进行，并以此达到“节能减排”的目的。其中衡量如何才算绿色通信的标准离不开合理的衡量准则的制定。现在国际上通用的对通信的能效的计算方式为总能耗与传输数据比特的总和的比例来确定，比值越小，说明能效越高，该衡量方式还表明了达到一定的蜂窝网络容量需要耗费的能量。如果将其看作是付出与效益来看待，那么，这里的“付出”就是消耗的能量，而“效益”就表示可传输多少信息比特。这个衡量准一度广受欢迎，但由于该准则只能够衡量满载时的情况，有一定的局限性，因此后来更多的准则作为该准则的补充衡量标准相继被制定。
2.2设备器件
考虑到各部分技术均会对系统整体能量效率产生影响，所以必须得到重视。在整个无线通信系统中，基站系统占据了所有能耗的相当大的一部分。可以说治理整个通信系统的关键在于基站，绿色通信的成败在于基站。值得注意的是人，这些基站中不仅消耗掉大部分的能源，而且这些能源并不能全部的投入使用。因此，在基站的改造中，除了要注意降低能耗还要提高能源的利用率。因此，目前研究的重点是提高功率放大器的效率。目前应用较为普遍的是开关模式的功率发达器，当然，根据其不同的信号包络，不同的调制技术则会影响不同的信号峰均功率比（PAPR），因此必要时需在接受前设置额外的滤波器。
2.3链路层
在目前的通信网络系统的链路层中，信号处理系统需要着大量的能源维持，因此未来的绿色无线通信技术发展需要解决的节能问题主要关注于信号处理方面，这就需要另辟蹊径。再加上未来的通信系统技术更先进，工艺更复，这就给信号处理系统节能减排造成了更大的压力。新的信号处理系统除了能够做到节能减排，还要在技术上满足未来多功能的处理要求。其中，软件无线电技术的应用很好地解决了这个问题，通过无线电处理技术，信号处理可以借助不同的软件分别实现，这项技术代表着未来无线通信网络的发展方向。相关领域专家预见，在未来的无线通信技术处理系统中，多天线技术和多载波传输技术必将有很大的应用市场。在当今社会节奏加快，人们对速度提出更多要求的前提下，人们需要无线网络能够在更短的时间内同时实现多个功能。这虽然在某些层面达到了节能减排的目标，却在技术领域和开发领域造成了大量的资源消耗，无疑是把双刃剑。
2.4网络层
在协作传输方面，无线网络通信技术一般都选择多对一的服务方式，即让多个基站同时为一个用户服务的形式，快捷方便。无线网络通信系统的信号传输和绿色环保网络的实现还离不开中继节点的功劳，中继节点可以让传输在原有的层面上更加高效地实现。除了中继节点之外，协作传输目前采用的分布式天线技术，虽然扩大了网络技术的预算成本，但分布式天线可以将信号更广泛地覆盖到角落和边缘地带，横扫信号盲区，为居民的日常生活工作带来了极大的便利。由于用于协作传输的基站采用相对集中的方式。这种集中基站加分布式天线的传输系统本身就是一个网络，更加形象地诠释了通信网络地功能。
在网络管理方面，情况就相对复杂。与交通相一致，网络管理可以根据时间和地段的不同而出现2种极端。比如说在晚上9点以后，用户会达到高峰，在一些高校，这种形象更加常见。再加上高校将办公和学习集中到了一起，人员比较密集，以至于经常出现信号不好，通话质量下降甚至上不去网的现象。这种到了周末就更加严重，对师生的日常办公生活带来了极大的不便。鉴于此，笔者建议，在未来的网络管理上应该合理安排基站的开关和分布情况，因地因时制宜，尽量满足用户的需求。
2.5其他技术
除了上文所提到的无线通信网络技术外，新的技术也在不断地开发和应用中，这本来就是一个不断丰富完善的大家族，它们以追求绿色节能环保为追求，以扩大频谱资源的利用率为目标。鉴于目前频谱资源的利用率较少，资源造成了极大的浪费。未来无线电技术的新成员能够更好地解决这一问题，为绿色通信网络做出一份贡献。
3.无线通信网络绿色效率与比较
笔者通过仿真，探讨不同调制方式与各效率的关系。本节仿真所需参数如表l所示。
图2-4显示了各调制方式的各效率值与自适应逼近结果：
图2中在发射功率不变的情况下，各调制技术由于传输距离的不同，获得的b/s/Hz频谱效率也是各不相同的。所以，要想得到较高的b/S/Hz频谱效率，可以使用自适应调制技术获得比较接近b/s/Hz频谱效率上限。控制传输距离，即限制小区半径，且采用高阶调制技术，以便能够获得较高的频谱效率。
图3中同样是传输距离一定时，为获得较高的b/s/Hz频谱效率，应研发相应的技术提高发射功率，而且需要采用高阶调制技术。
图4中对于在发射功率确定的情况下，距离发射端越近，高阶调制技术所能得到的b/s/Hz/w功率谱效率越高。因此，在此情况下，同样应该限制小区的半径，并使用高阶调制技术，以获得比较理想的b/s/Hz/w功率谱效率。同时，发射功率确定情况下，b/s/Hz/w功率谱效率与b/s/Hz频谱效率关于传输距离的趋势相同，即可以通过缩短传输距离并采用高阶调制技术来获得较高的b/s/Hz/w功率谱效率。
4.结语
针对目前社会上倡导的“绿色能源”和“节能减排”的口号下，整个国家掀起“减排风”，各个行业和领域纷纷在开发新能源，提高技术改善工艺以达到绿色生产的目的。本文将立足点放在无线通信网络上，并致力于未来无线通信网络的绿色节能环保。通过对我国目前无线电通信技术的现状进行分卡斤，找出了目前通信领域存在的漏洞以及可开发项，并结合以往的研究成果对现存问题提出了针对性的改进意见，文中重点探讨了各种技术之间的绿色效率之间的协调和融合，可以对未来的技术开发和改进起到有一定的指导作用。
