异构网络中基于D2D中继协作的干扰管理及负载均衡策略研究

摘要

随着智能设备逐步普及，用户发起的服务请求数量以及用户对服务质量(QoS)的需求呈爆炸式增长。如何在现有网络架构基础上提升网络整体服务性能，在满足用户服务质量的前提下尽可能接入更多用户，正成为无线网络目前面临的最大难题。异构网络(Heterogeneous Network，HetNet)通过多层网络结构实现频谱资源的复用，增加了网络可接入用户数量，而 D2D通信(Device-to-Device communication)则通过近距离用户间的数据直传降低了基站处数据传输负担。本文将异构网络与 D2D通信技术结合，提出了异构网络中基于D2D中继协作的干扰管理以及负载均衡策略，提升了网络整体性能。本文的研究工作主要包括以下内容：
　　首先，针对现有研究工作中普遍存在的宏小区和微小区之间的跨层负载不均衡问题，提出了一种基于D2D中继协作的联合资源分配策略，设计了相应的频谱资源调度机制以及用户发射功率控制算法。通过联合资源分配，在满足宏小区以及微小区用户通信质量的基础上，利用D2D中继协作将满载宏小区基站无法提供服务但处于微小区外侧的宏小区用户的数据中继到其邻近的仍有空闲频谱资源的微小区中，并使其以最大传输速率完成数据传输，提升系统容量。
　　其次，针对D2D中继协作通信过程中负载在同层微小区之间的接入不均衡问题，进一步提出了考虑用户接入公平性以及能量效率的异构网络中基于D2D中继协作的接入控制及干扰管理策略：首先通过图着色方法对微小区进行频谱资源分配，控制微小区之间的相互干扰；其次基于接入公平性进行微小区间的同层负载均衡，将D2D中继协作用户尽可能均匀分配到未满载的微小区；然后进一步结合用户信息与基于信噪比的接入受限区(ALA)的干扰管理方法求得高能效的中继节点以及用户可用频率集合；最后在可用频率集合中选择用户性能最好的频谱资源使后续用户以最大速率进行数据传输，并通过实验验证上述方法能够提升系统接入用户数量、系统总吞吐率以及系统能量效率，整体性能较未考虑用户接入公平性更优。

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常用术语或缩略语解释：

1. 引言

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3研究意义

1.4本文工作安排

2. 异构网络中基于D2D中继协作的负载均衡问题概述

2.1异构网络简介

2.2 D2D通信网络简介

2.3异构网络中基于D2D中继协作的问题分析

2.4本章小结

3. 异构网络中基于D2D中继协作的联合资源分配策略

3.1网络结构

3.2频谱和发射功率的联合资源分配

3.3仿真结果及性能分析

3.4本章小结

4. 异构网络中基于D2D中继协作的接入控制及干扰管理策略

4.1网络结构

4.2接入控制及干扰管理策略

4.3仿真结果及性能分析

4.4本章小结

5. 总结与展望

5.1全文总结

5.2未来工作展望

致谢

参考文献

附录I: 攻读学位期间参与科研项目与研究成果目录