移动互联网应用与智能终端发展促进了无线宽带需求的增长。然而,指数增长的数据业务与高速移动接入需求使得蜂窝网络基础设施需求急剧扩大,由此也增加了蜂窝网络的能量消耗与运营成本。在蜂窝网络中,提高空中接口能量效率、减小基站能量开销成为绿色无线网络的关键研究内容之一。移动互联网应用特点决定了移动业务的动态变化,用户移动性与作息规律使得业务负载具有明显的空时变化特性。实际网络部署主要依据峰值业务需求而定,没有针对网络能耗进行优化。由于基站是蜂窝网络中能耗较大的组件,可将低业务负载小区的基站调整为休眠(关闭)状态减小能耗,以此为基础的动态网络管理是一种具有应用前景的能效优化技术。随着移动通信技术的演进,LTE/LTE-A系统引入中继(Relay)、多点协作(Coordinated Multi-Point, CoMP)等技术,且部署小型化基站的异构蜂窝网络成为主流。基站休眠技术在中继蜂窝网络、异构蜂窝网络等新型网络架构与应用场景中需要联合考虑用户接入与站点选择的影响,实现最优能量效率。论文选题来源于新一代宽带无线移动通信网国家科技重大专项《TD-LTE-Advanced无线中继试验设备开发》和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》。论文对蜂窝网络能量效率优化技术进行探讨与研究,主要研究内容包括:基站休眠下高能效传输模式选择、中继蜂窝网络用户接入与基站休眠联合优化、异构蜂窝网络能量高效的用户接入算法。具体研究内容与成果如下:1.综述了蜂窝网络节能技术与能效优化研究。首先对蜂窝网络能量消耗现状进行分析,说明蜂窝网络节能技术与能效优化的重要性;然后对已有节能技术进行总结分类,并对比分析了现有网络能耗评估方法;最后,重点针对蜂窝网络基站休眠技术的能效优化相关研究现状进行了综述,包括:基站休眠技术的可行性、不同蜂窝网络场景下基站休眠技术研究现状,对基站休眠技术及其能效优化研究进行了总结与分析,为本文后续研究内容梳理方向并奠定基础。2.蜂窝网络中基站休眠会产生网络覆盖空洞,一般采用小区缩放、半智能天线技术、CoMP传输技术保证基站休眠后的网络覆盖,由此带来最优传输模式选择问题,多种传输技术的组合模式将进一步提升基站休眠带来的能效优化增益。在具备多种传输模式组合的网络场景中,本论文提出了一种高能效传输模式选择算法,以能效最大化为优化目标,用户从仅进行小区缩放的单小区传输模式、CoMP传输模式、半智能天线单小区传输模式和半智能天线CoMP传输模式中选择一种传输模式进行数据传输。仿真结果表明,所提算法在保证蜂窝网络覆盖的同时可以通过传输模式选择提高网络能量效率。3.在中继蜂窝网络场景中,基站(中继)休眠可以减小网络能耗,但同时必须考虑用户业务服务质量(Quality of Service,QoS)保证问题。本论文提出了一种基站休眠与用户选择联合优化算法,获得用户QoS保证和网络节能两方面性能的最佳折中。首先建立了基站休眠与用户接入联合优化问题数学模型,然后提出了一种复杂度较低的次优求解算法,在此基础上给出了基于接入站点(基站和中继)休眠的能效优化策略。仿真结果表明,所提算法通过关闭低负载基站和中继可以有效减小能耗,特别是当业务负载较低情况下具有较高能效和较低能耗,实现了 QoS保证和网络节能的折中。4.进一步,论文研究更一般的异构蜂窝网络以及可再生能源供电的异构蜂窝网络中基站休眠下的用户接入问题。针对异构蜂窝网络场景,提出基于基站休眠的高能效用户接入算法,建立了相应的优化问题数学模型并选择量子粒子群智能算法进行求解。仿真结果表明,所提算法可以有效地提升网络能效,特别是在低业务负载的条件下具有显著的能效增益。针对可再生能源供电的异构蜂窝网络场景,考虑基站间可用能量分布不同的特点,提出了一种实现能量均衡与负载均衡折中的用户接入算法。首先用数据场理论中的拓扑势表征基站对用户的吸引度;然后将基站所接入用户拓扑势总和定义为基站效用值,并建立了基站间效用公平的用户接入优化问题数学模型;提出了 一种迭代方法求解最优化问题,通过用户与基站间信息交互与迭代更新完成用户接入基站选择。仿真结果表明,所提算法在保证基站间负载均衡的同时充分利用可再生能源,实现基站间能量均衡。