随着移动互联网的飞速发展和智能终端的快速普及,移动数据流量爆炸式增长,用户需求不断提高。但是,传统蜂窝网络主要是为语音业务和低速数据业务设计的,在如今高速数据业务为主体的业务模式下暴露出很多问题,比如网络能耗高能效低、切换频繁且失败率高、导频干扰严重、数据信令比低、信令开销巨大、小基站休眠机会低等。为了解决以上问题,各产学研机构都在积极研究解决方案。本论文以此为背景,研究并设计了控制与数据分离的低能耗、高能效无线通信网络架构,并对其进行了性能分析。论文的主要研究内容包括:第一、阐述了传统蜂窝网络所遇到的各种问题,说明新型高能效无线网络架构设计的必要性;然后简要介绍了国内外厂商、科研机构提出的几种新型网络架构;接着以此为背景,确定异频异构研究场景和精简数据基站载波以实现高能效的目标,展开对新型蜂窝网络架构的研究。第二、研究从LTE的信令结构和信道入手,首先以精简小基站的控制信令为目标,分析各信令信道的作用,判断其在控制与数据分离的异构网络中应该删除、保留或者功能增强,进而完成新架构的信令结构设计;接着,介绍了传统LTE的几个基本物理过程,并且为了支撑新的信令结构对这些物理过程进行了重设计。第三、完成极简数据基站网络架构的设计之后,先从理论上对该架构的信令开销、移动性能增强、数据基站休眠等方面进行分析;然后搭建了系统级动态仿真平台,并对平台进行校准测试,完成对极简数据基站系统的仿真分析。分析结果显示,极简系统的性能较LTE网络有很大提升,信令开销在1个宏基站、40个微基站的场景下能够降低97.53%,小区能效平均提升39.2%。