In wireless network communication environments, Spectral Efficiency (SE) and Energy Efficiency (EE) are among the major indicators used for evaluating network performance. However, given the high demand for data rate services and the exponential growth of energy consumption, SE and EE continue to elicit increasing attention in academia and industries. Consequently, a study of the trade-off between these metrics is imperative. In contrast with existing works, this study proposes an efficient SE and EE trade-off algorithm for saving energy in downlink Long Term Evolution (LTE) networks to concurrently optimize SE and EE while considering battery life at the Base Station (BS). The scheme is formulated as a Multi-objective Optimization Problem (MOP) and its Pareto optimal solution is examined. In contrast with other algorithms that prolong battery life by considering the idle state of a BS, thereby increasing average delay and energy consumption, the proposed algorithm prolongs battery life by adjusting the initial and final states of a BS to minimize the average delay and the energy consumption. Similarly, the use of an omni-directional antenna to spread radio signals to the user equipment in all directions causes high interference and low spatial reuse. We propose using a directional antenna instead of an omni-directional antenna by transmitting signals in one direction which results in no or low interference and high spatial reuse. The proposed scheme has been extensively evaluated through simulation, where simulation results prove that the proposed scheme is efficiently able to decrease the average response delay, improve SE, and minimize energy consumption.


翻译:在无线网络通信环境中,光谱效率(SE)和能源效率(EE)是用来评价网络绩效的主要指标之一,然而,鉴于对数据率服务的需求高,能源消耗指数的指数增长,SE和EE继续引起学术界和行业的日益关注,因此,必须研究这些指数之间的权衡问题,与现有工程不同,本研究报告提出一个高效的SE和EEE交换算法,以便在长期演进(LTE)链下行网络中节能,同时优化SE和EEE,同时考虑到基地站的电池寿命。该计划是作为一个多目标优化问题(MOP)及其Pareto最佳解决方案制定的。与其他算法相比,考虑到BS的闲置状态,从而增加平均延迟和能源消耗量,拟议的算法通过调整BS的最初和最后状态,以尽量减少平均延迟和能源消耗量。同样,使用全向天线天线将无线电信号传播到所有方向上,从而导致高干扰和低空间再利用率信号。我们提议采用一个方向,通过一个方向来评估低空间再利用。

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