A main challenge of 5G and beyond wireless systems is to efficiently utilize the available spectrum and simultaneously reduce the energy consumption. From the radio resource allocation perspective, the solution to this problem is to maximize the energy efficiency instead of the throughput. This results in the optimal benefit-cost ratio between data rate and energy consumption. It also often leads to a considerable reduction in throughput and, hence, an underutilization of the available spectrum. Contemporary approaches to balance these metrics based on multi-objective programming theory often lack operational meaning and finding the correct operating point requires careful experimentation and calibration. Instead, we propose the novel concept of hierarchical resource allocation where conflicting objectives are ordered by their importance. This results in a resource allocation algorithm that strives to minimize the transmit power while keeping the data rate close the maximum achievable throughput. In a typical multi-cell scenario, this strategy is shown to reduces the transmit power consumption by 65% at the cost of a 5% decrease in throughput. Moreover, this strategy also saves energy in scenarios where global energy efficiency maximization fails to achieve any gain over throughput maximization.


翻译:5G和无线系统以外的一个主要挑战是高效利用现有频谱并同时减少能源消耗。从无线电资源分配的角度,这一问题的解决方案是最大限度地提高能源效率而不是输送量。这导致数据率和能源消耗之间的最佳效益成本比。这也往往导致产出量的大幅下降,从而导致对现有频谱的利用不足。基于多目标方案规划理论的现代平衡这些指标的方法往往缺乏操作意义,找到正确的操作点需要仔细的试验和校准。相反,我们提出了新的资源分配等级概念,即根据目标的重要性,在目标相互冲突的情况下分配资源。这导致了资源分配算法,力求最大限度地减少传输能力,同时保持数据率接近最大可实现的输送量。在典型的多细胞假设中,这一战略显示将传输电量的消耗减少65%,降低5%的吞吐量。此外,这一战略还节省了全球能源效率最大化无法取得任何吞吐量最大收益的情景下的能源。

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