D2D通信中模式选择和资源分配方案研究

摘要

随着无线通信的发展，未来全球终端用户数量呈现爆炸式的增长，用户对移动宽带的需求也会经历前所未有的上升。然而有限的无线频谱资源成为限制现代移动通信技术发展的关键问题，目前缓解无线频谱资源匮乏的关键技术主要包括认知无线电技术、密集型网络、D2D通信。其中D2D通信技术作为5G关键技术之一，允许相邻用户之间直接复用蜂窝小区资源近距离通信，从而达到提高频谱资源利用率的目的。蜂窝网络中引入D2D通信技术，带来好处的同时也存在着蜂窝用户与D2D用户之间的同频干扰问题，一定程度上影响了频谱利用率。目前国内外研究主要围绕D2D通信会话建立、模式选择、资源分配、功率控制等方面来降低用户间干扰，其中模式选择和资源分配是解决干扰问题和提高频谱资源利用率最有效的方式。因此，本文主要从模式选择和资源分配两个方面展开研究，最大限度的发挥D2D通信技术的优势。本论文的主要工作如下：
　　1、针对蜂窝网络专用模式下D2D用户间的干扰问题，本文提出了一种专用子信道共享协议，并在此基础上，提出了一种联合子信道分配和功率分配的D2D通信资源分配方案。基于所提方案形成了以D2D用户和速率最大化为优化目标，基于信道分配因子、D2D发射机功率、蜂窝用户发射功率等参数的混合整数规划问题。在该规划问题中，基于贪婪算法实现子信道最优分配、基于遗传算法实现功率最优分配。仿真结果显示，本文提出的D2D通信资源分配方案能够显著提高D2D用户的传输速率和整体频谱利用率。
　　2、在蜂窝用户与D2D用户共存的网络环境中，考虑到信道质量对D2D用户通信模式会产生不同影响，本文提出了基于信道增益比值的D2D通信模式选择和资源分配方案。本方案根据信道增益比值的大小为D2D用户分配通信模式，以D2D用户和速率最大化为优化目标，运用基于贪婪算法的子信道分配方案为不同模式的D2D用户分配信道，并分别利用拉格朗日乘子法、二分法、遗传算法为蜂窝信道、复用信道和专用信道上的D2D用户进行功率分配。仿真结果表明，相对于复用模式，本文所提的基于信道增益比值的D2D通信模式选择和资源分配的方案，可以更充分地利用频谱和功率资源，进一步提升谱效和D2D用户的和速率。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 D2D通信模式选择和资源分配的国内外研究现状

1.3 D2D通信的发展前景及应用

1.4 本文主要工作与章节安排

2 D2D通信相关基础理论简介

2.1 D2D通信的概述

2.2 D2D通信的关键技术

2.3 本章小结

3 D2D通信资源分配方案研究

3.1 引言

3.2 系统模型及D2D通信资源分配问题描述

3.3 D2D通信资源分配方案研究

3.4 数值仿真与结果分析

3.5 本章小结

4 D2D通信联合模式选择和资源分配方案研究

4.1 引言

4.2 系统模型及D2D通信模式选择和资源分配问题描述

4.3 D2D通信联合模式选择和资源分配方案

4.4 数值仿真与结果分析

4.5 本章小结

5 论文总结与展望

5.1 本文的主要内容

5.2 未来研究的展望

参考文献

个人简介、在校期间发表的学术论文与研究成果

致谢