随着移动互联网与通信技术的飞速发展,业务应用层出不穷,移动数据流量呈爆炸式增长。在传统的单层宏蜂窝网络中,数据流量增长的需求已不能得到满足。通过在宏蜂窝网络中部署Small Cell,构成异构网络,可以解决这一挑战。而且,由大量Small Cell组成的密集小区网络也已经成为5G通信的关键技术之一。然而,在密集小区网络中,Small Cell的数量增加会引起巨大能耗。作为无线通信网络重要指标之一,能效已经受到了广泛关注。因此,为了实现网络的绿色通信,需要研究有效的能效优化算法,提升密集小区网络能效、降低网络能耗。论文研究选题于北京市自然科学基金项目“面向小型基站协作的高能效异构蜂窝组网技术研究”和中央高校基本科研专项资助“基于LTE-A的Small Cell干扰管理技术研究”。通过资源分配,对密集小区网络的能效问题展开研究,具体的研究内容与成果如下:1.综述了密集小区网络研究内容。首先,介绍了 Small Cell的引入背景、定义、标准化进展以及部署场景;然后,分析了密集小区网络带来的挑战,并总结了解决这些挑战的关键技术;之后,详细阐述了密集小区网络中能效优化研究,梳理了主要能效度量、能效优化方法及这些方法的研究现状。最后,总结了密集小区网络能效优化面临的挑战,为下一步研究指明了方向。2.针对密集小区网络能效优化忽略基站负载差异问题,提出了一种负载感知的高能效功率分配算法。首先,分析了基站负载对能效优化的影响,设计了关于负载的基站能效权重。然后,把能效优化问题转化为差凸规划问题,采用凹凸过程算法优化功率。最后,为了减少信令开销,提出了基于干扰组的功率分配算法,Small Cell形成干扰组,在每个干扰组中,每个Small Cell只与其干扰者进行信令交互。仿真结果表明,提出的算法收敛性可以得到保证,而且网络中Small Cell可根据其负载情况优化基站能效。此外,在基于干扰组的功率分配算法中,存在最优的干扰组大小,使网络能效达到最优。3.针对小区范围扩展(Cell Range Extension, CRE)技术引起CRE用户性能差及密集小区网络能效低问题,提出了一种提升CRE用户性能的高能效频率与功率分配算法,在提升网络能效时,优化CRE用户性能。首先,将网络的频率资源分成两部分,一部分分配给Small Cell的CRE用户及宏蜂窝的中心用户,另一部分分配给Small Cell的非CRE用户及宏蜂窝的边缘用户。然后,基于非合作博弈模型,优化宏蜂窝基站的功率分配,减轻CRE用户受到的跨层干扰。之后,基于图着色理论,将CRE用户分簇,相互间干扰较大的CRE用户分在不同的簇中,并在簇间分配正交频率资源。最后,引入干扰定价机制,优化Small Cell功率分配,降低CRE用户受到的同层干扰,提升密集小区网络能效。仿真结果表明,所提算法可以获得密集小区网络能效与异构网络吞吐量的提升。而且,通过轻微损失宏蜂窝用户的性能可以显著提升CRE用户的性能。4.考虑密集小区网络带来基站间的合作机会,分别从降低网络能耗与提升网络能效角度出发,提出了基于子帧与功率分配的基站合作能效优化算法。一方面,为了在保证用户速率需求时降低网络能耗,提出了 合作休眠及功率分配(Cooperative Sleep and Power Allocation,CSPA)算法。另一方面,为了在优化网络能效时保证网络吞吐量,提出了基于联盟的休眠及功率分配(Coalition-based Sleep Mode and Power Allocation, CSMPA)算法。在 CSPA 与 CSMPA 算法中,首先,根据不同的优化目标,提出了相应的联盟形成条件,在此基础上,Small Cell合作形成联盟,同一联盟中的Small Cell分配正交激活子帧。然后,进一步优化了每个Small Cell在激活子帧上的功率。在CSPA算法中,推导了每个Small Cell基站满足用户速率需求时所需的最优激活子帧数量。仿真结果表明,CSPA算法可以显著降低网络能耗,CSMPA算法可以在保证网络吞吐量的情况下,提升网络能效。在CSPA与CSMPA算法中,更多用户的速率需求可以得到满足,且当用户速率需求达到某一值时,Small Cell将不会合作。