[论文解读] Green Cellular - Optimizing the Cellular Network for Minimal Emission from Mobile Stations

Дорон Эзри, Shimi Shilo|ArXiv.org|Jun 29, 2009

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 14被引用 12

一句话总结

本文提出Green Cellular，一种新型蜂窝网络架构，通过部署仅接收的‘绿色天线’来增强上行链路信号接收能力，从而在不增加辐射源的情况下降低移动台（MS）的辐射发射。该方法使MS能够以显著更低的功率进行传输——尤其在室内环境中——实现上行链路发射功率中位数降低高达10 dB，符合预防原则，以最小化用户接触射频辐射的风险。

ABSTRACT

Wireless systems, which include cellular phones, have become an essential part of the modern life. However the mounting evidence that cellular radiation might adversely affect the health of its users, leads to a growing concern among authorities and the general public. Radiating antennas in the proximity of the user, such as antennas of mobile phones are of special interest for this matter. In this paper we suggest a new architecture for wireless networks, aiming at minimal emission from mobile stations, without any additional radiation sources. The new architecture, dubbed Green Cellular, abandons the classical transceiver base station design and suggests the augmentation of transceiver base stations with receive only devices. These devices, dubbed Green Antennas, are not aiming at coverage extension but rather at minimizing the emission from mobile stations. We discuss the implications of the Green Cellular architecture on 3G and 4G cellular technologies. We conclude by showing that employing the Green Cellular approach may lead to a significant decrease in the emission from mobile stations, especially in indoor scenarios. This is achieved without exposing the user to any additional radiation source.

研究动机与目标

• 为应对公众和监管机构对蜂窝辐射潜在健康影响的日益关注，特别是来自靠近人体的移动台的辐射影响。
• 在不引入新的辐射源或影响网络覆盖的前提下，最小化移动台的上行链路发射功率。
• 探索一种以用户暴露减少为目标的网络架构，同时保持与现有3G和4G技术的兼容性。
• 评估部署绿色天线作为降低MS发射功率手段的可行性及其在室内和城市环境中的影响。

提出的方法

• 提出一种新型网络架构Green Cellular，通过在传统收发基站基础上增加专用的仅接收设备（称为绿色天线）来增强网络能力。
• 绿色天线通过有线或定向微波链路连接至核心网络，避免引入额外的射频辐射。
• 系统利用3G和4G网络中已有的上行链路功率控制机制，当通过绿色天线接收到强上行链路信号时，允许MS降低发射功率。
• 绿色天线被战略性地部署，以提升服务基站处的信干噪比（SINR），从而实现MS上行链路功率的降低。
• 该架构支持SINR感知的分集合并，将绿色天线视为远程分集接收天线。
• 仿真采用商用4G网络规划工具，对包含语音与数据混合业务、室内外用户以及包含穿透损耗和衰落等真实传播条件的城市场景进行建模。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否设计一种网络架构，在不引入新辐射源的前提下最小化移动台的上行链路发射功率？
• RQ2 在室内和室外环境中，仅接收的绿色天线部署对移动台上行链路发射功率有何影响？
• RQ3 绿色天线对3G和4G系统中上行链路干扰及整体网络容量有何影响？
• RQ4 绿色天线相对于基站的部署位置如何影响MS的关联与切换行为？
• RQ5 绿色天线在高损耗室内场景中能在多大程度上降低用户对射频辐射的暴露？

主要发现

• 与传统网络相比，Green Cellular架构使室内移动台的上行链路发射功率中位数降低了约10 dB。
• 当在附近部署绿色天线时，室内MS的平均上行链路发射功率降低了超过8 dB。
• 在部署绿色天线的情况下，约40%的室内用户可将发射功率降至4 dBm以下——与Class 2蓝牙耳机相当——而在传统网络中该比例仅为7%。
• 由于路径损耗更低且绿色天线改善了上行链路质量，该方法在室内环境中的发射功率降低效果最为显著。
• 理论上，该方法可实现任意低的MS发射功率，仅受MS最小发射功率能力和网络信令限制的制约。
• 该架构无需对核心网络进行修改，也无需重组现有基础设施，因其通过有线或定向链路作为增强手段运行。