移动蜂窝网络D2D通信动态资源分配方法研究

摘要

随着移动设备数目的不断增长以及移动互联网的不断发展，人们对于移动通信业务的需求也在不断增加。然而，蜂窝移动通信网络的无线频谱资源有限，且正变得越来越稀缺紧张。为了提高无线频谱资源的利用率，人们提出了设备到设备(Device-to-Device，D2D)通信的概念。在蜂窝移动通信网络中引入D2D通信技术能够提高频谱利用率、增大系统容量，并降低小区基站负荷。然而，由于D2D通信可能会复用蜂窝移动通信的频谱资源，在D2D通信链路和蜂窝移动通信链路之间会产生较大的干扰。采用合适的D2D通信资源分配方法，可以有效地降低甚至消除D2D通信链路和蜂窝移动通信链路之间的干扰。因此，对D2D通信资源分配问题的研究成为D2D通信研究中的一个重要方向。
　　目前，对D2D通信资源分配问题的研究主要集中在静态的系统场景。然而，实中移动用户是动态地进入或者离开系统的。如何针对动态的系统场景为D2D通信进行高效的资源分配成为D2D通信研究中的一个关键问题。
　　本硕士学位论文主要研究蜂窝网络中D2D通信资源的动态分配机制。针对单跳和多跳的D2D通信场景，分别提出了两种D2D通信资源的动态分配机制，即基于服务时间预测的D2D通信动态资源分配机制和多跳D2D通信动态资源分配机制。
　　论文首先针对单跳的D2D通信场景，提出了一种基于服务时间预测的D2D通信动态资源分配机制。该分配机制考虑到用户的服务类型以及服务时间或剩余服务时间对频谱资源分配的影响，并引入“效用”的概念来反映系统的性能。该机制允许基站预测新用户的服务时间以及系统中已有用户的剩余服务时间，并将其预测的结果考虑到计算有效效用增益当中。然后，基站根据计算得到的所有可能的有效效用增益，选择有效效用增益最大的物理资源块(Physical Resource Block，PRB)分配给新用户。仿真结果表明，与随机D2D通信资源分配机制相比，该机制能够获得更优的系统性能。
　　在研究单跳D2D通信动态资源分配机制的基础上，论文针对多跳的D2D通信场景，提出了一种多跳D2D通信动态资源分配机制。该分配机制允许满足一定距离条件的某一通信双方建立以某个闲置用户作为中继的多跳D2D通信。与现有的研究工作不同，论文所提出的多跳D2D通信动态资源分配机制考虑了中继用户的活跃度对多跳D2D通信用户对资源分配的影响，因为中继用户的状态会直接影响到多跳D2D通信对的连接情况。在新活跃的用户对向基站请求通信连接时，基站会计算所有可能的效用增益或者有效效用增益，选择效用增益或者有效效用增益最大的PRB资源块分配给新活跃的用户对。仿真结果表明，该多跳D2D通信动态资源分配机制相对于单纯考虑一跳D2D通信（即直接D2D通信）的资源分配机制，能够进一步提升系统容量，并且在小区移动用户密度较大时，该机制在系统容量上的优势更加明显。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要工作

1．4 论文组织结构

第二章 D2D通信概述

2．1 D2D通信的概念

2．1．1 D2D通信的基本概念

2．1．2 D2D通信的建立流程

2．1．3 D2D通信的频谱资源使用模式

2．2 D2D通信的重点研究方向

2．2．1 资源分配

2．2．2 功率控制

2．2．3 模式选择

2．3 D2D通信的应用

2．4 D2D通信的优缺点

2．5 本章小结

第三章 基于服务时间预测的D2D通信动态资源分配机制

3．1 引言

3．2 动态场景

3．3 基于服务时间预测的D2D通信动态资源分配机制

3．3．1 网络模型

3．3．2 信道模型

3．3．3 信号干扰噪声比(SINR)

3．3．4 效用和效用增益

3．3．5 服务时间预测

3．3．6 基于服务时间预测的动态资源分配机制

3．4 性能评估

3．4．1 仿真环境以及参数设定

3．4．2 仿真结果及分析

3．5 本章小结

第四章 多跳D2D通信动态资源分配机制

4．1 引言

4．2 多跳D2D通信

4．3 多跳D2D通信动态资源分配机制

4．3．1 系统模型

4．3．2 信道模型

4．3．3 信号干扰噪声比(SNR)

4．3．4 效用和效用增益

4．3．5 用户活跃度

4．3．6 多跳D2D通信动态资源分配机制

4．4 性能评估

4．4．1 仿真环境以及参数设定

4．4．2 仿真结果及分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

硕士期间发表论文及参与科研项目

致谢

参考文献