Power consumption analysis of access network in 5G mobile communication infrastructures — An analytical quantification model

Energy consumption growth of the fifth-generation (5G) mobile network infrastructure can be significant due to the increased traffic demand for a massive number of end-users with increasing traffic volume, user density, and data rate. The emerging technologies of radio access networks (RAN), e.g., millimeter-wave (mm-wave) communication and large-scale antennas, make a considerable contribution to such an increase in energy consumption. The multiband 2-tier heterogeneous network (HetNet), cloud radio access network (C-RAN), and heterogeneous cloud radio access network (H-CRAN) are considered the prospective RAN architectures of the 5G mobile communication. This paper explores these novel architectures from the energy consumption and network power efficiency perspective considering the varying high volume traffic load, the number of antennas, varying bandwidth, and varying density of low power nodes (LPNs), integrated with mm-wave communication and large-scale multiple antennas. The architectural differences of these networks are highlighted and power consumption analytical models that characterize the energy consumption of radio resource heads (RRHs), base band unit (BBU) pool, fronthaul, macro base station (MBS), and small cell base stations (SCBs) in HetNet, C-RAN, and H-CRAN are developed. The network power efficiency with the consideration of propagation environment and network constraints is investigated to identify the energy-efficient architecture for the 5G mobile network. The simulation results reveal that the power consumption of all these architectures increases in all considered scenarios due to an increase in power consumption of radio frequency components and computation power. Moreover, CRAN is the most energy-efficient RAN architecture due to its cooperative processing and decreased cooling and site support devices and H-CRAN consumes most of the energy compared to other 5G RAN architectures mainly due to a high level of heterogeneity.     

面向动态目标的汽车毫米波雷达防撞系统设计

汽车毫米波雷达防撞(AMRV)系统是实现汽车主动安全驾驶的关键装置,针对行驶中汽车的运动特点,研究了面向动态目标的汽车毫米波雷达测距和测速原理,设计了汽车毫米波雷达防撞系统,并运用先进设计系统软件(ADS)对该系统进行了计算机仿真实验,实验表明所设计的系统符合防撞雷达的要求.     

Ka波段小型化FMCW雷达低中频信号处理技术研究

为了显著降低FMCW雷达后端数字信号处理电路的电路面积与电路成本,提出了低中频的设计思路,利用频谱搬移技术对目标信号进行下变频处理,使目标信号频率在20KHz以下,相比直接对目标信号进行处理,A/D采样率得到减小,对3.5m处的目标进行测试,测试结果得到目标频率从160KHz有效的降低到了10KHz,验证了低中频方法的可行性,满足小型化低成本雷达应用需求。     

毫米波雷达海雾观测数据中的舰船杂波分析

海雾探测雷达由于架设高度低、观测仰角低,会受到众多来源的杂波干扰,这些杂波的分析是改善海雾探测效果的基础。本文针对毫米波海雾探测雷达数据中的舰船杂波,统计了舰船所造成杂波的时域及频域特性,提出了舰船杂波提取算法,实现了舰船信号和气象回波的分离。在此基础上,通过剔除舰船信号后的功率谱二次识别,实现了海雾观测数据中舰船信息的抑制,提升了毫米波雷达测雾数据的质量。更进一步,通过挖掘杂波中蕴含的信息,成功提取出舰船的长度、航速、航向等多重信息。初步探究了气象雷达在舰船监测方面的应用潜力。     

一种自适应二值化的毫米波图像边缘检测方法

针对毫米波图像分辨率较低、噪声大、成像物体边缘提取困难等问题,提出了一种基于自适应图像二值化的毫米波图像边缘检测方法。该方法通过对图像直方图的分析,自动地确定两个峰值的位置,得出阈值,对图像进行二值化,再对二值化后的图像进行边缘检测。实验表明,这种方法能较好地检测出毫米波图像中人与物体的边缘信息,同时又去掉了大多数由噪声引起的伪边缘。该方法避免了大量的方差计算,计算量仅为大津法的 50%左右,能够满足自适应性和实时性的要求。     

毫米波WR-15（50~75 GHz）国家功率基准的研制

介绍了一种基于热敏电阻功率座的对称双线结构的WR-15（50~75 GHz）矩形波导微量热计的设计及传递标准有效效率计算方法。给出了功率基准热电堆测量曲线及该频段毫米波功率传递标准量值结果。该微量热计将作为我国50~75 GHz毫米波功率基准,将我国的毫米波功率测量能力提高到75 GHz。     

GaAs PIN二极管大功率毫米波单刀双掷开关单片

采用76.2mm(3英寸)GaAs PIN二极管工艺设计和制作了大功率毫米波单刀双掷开关单片。采用并联结构的单刀双掷开关以获得较高的功率特性。在片测试表明,在30～36GHz工作频段,开关导通支路插损1.0dB,驻波优于1.5,开关关断端口隔离度大于34dB。开关在导通态下输入功率0.5dB压缩点P-0.5 dB大于5W。     

基于随机网络演算的车联网边缘计算多跳任务卸载性能分析

车联网(IoV)边缘计算通过在网络边缘部署计算资源,可为车载用户提供低时延服务。该文通过随机网络演算(SNC)矩母函数(MGF)法分析车联网移动边缘计算的时延和数据积压性能。首先,分别对车辆高优先级和低优先级业务到达过程、单跳毫米波通信服务过程和边缘计算服务过程进行数学建模;其次,由服务级联定理获得不同优先级业务在多跳网络中的服务过程及其矩母函数表达式;接着,推导了车辆边缘网络不同优先级业务毫米波多跳通信任务卸载的时延和数据积压概率边界闭式解;最后通过蒙特卡罗仿真验证闭式解的准确性。     

基于串联式一维神经网络的毫米波雷达动态手势识别方法

现有的基于雷达传感器的手势识别方法,大多先利用雷达回波对手势的距离、多普勒和角度等信息进行参数估计,得到各种数据谱图,然后再利用卷积神经网络对这些谱图进行分类,实现过程较为复杂。该文提出一种基于串联式1维神经网络(1D-ScNN)的毫米波雷达动态手势识别方法。首先基于毫米波雷达获取动态手势的原始回波,然后利用1维卷积和池化操作对手势特征进行提取,并将这些特征信息输入1维Inception v3结构。最后在网络的末端接入长短期记忆(LSTM)网络来聚合1维特征,充分利用动态手势的帧间相关性,提高识别准确率和训练收敛速度。实验结果表明,该方法实现过程简单,收敛速度快,识别准确率可以达到96.0%以上,高于现有基于数据谱图的手势分类方法。     

130 GHz CMOS有源矢量合成移相器

面向毫米波相控阵雷达系统应用,该文基于55 nm CMOS工艺设计了一款工作于130 GHz的有源矢量(VM)合成移相器。该电路包含宽带正交发生器、可变增益放大和矢量合成模块。为提升移相器相位分辨率和移相精度,该电路可变增益放大采用了具有高频宽带属性的共栅放大结构和具有高增益属性的含中和电容的共源共栅放大结构多级级联的形式。为避免移相器在矢量合成时由自身结构特点产生相位断裂而导致移相范围下降,该设计电路在矢量合成模块中融入了数控人工介质(DiCAD)结构。通过全波电磁仿真对所设计毫米波移相器进行验证,在125～135 GHz频率范围内,所设计移相器平均增益大于1 dB,移相器可由控制电压控制实现全360°范围内5.625°的相位步进,RMS相位误差小于4°,电路面积为1100 μm×600 μm,功耗33 mW。