D2D通信系统中的信道与功率分配算法

摘要

D2D通信技术允许邻近的移动终端不经过基站而直接进行点对点的数据传输，由于直通链路距离短，D2D通信可以带来信道容量增益、复用增益和功率增益，有助于提高通信系统的频谱效率和能量效率。但另一方面，D2D通信也给蜂窝网络带来了更加复杂的干扰，如果干扰不能得到有效控制，D2D通信会损害其他蜂窝用户的通信质量从而降低系统的总体性能。因此，行之有效的干扰管理策略是发挥D2D通信潜在优势的关键和难点所在。 本文研究了异构蜂窝网络中蜂窝用户和D2D用户的资源分配问题，提出了基于用户服务需求和公平性的信道分配和功率控制算法，主要内容与创新点如下： （1）为了有效提高D2D用户的总速率同时兼顾用户之间的公平性，提出了一种基于效用的公平资源分配算法。该算法利用边际效用函数递减的特点，建立了以最大化D2D用户总效用为目标的优化问题。由于该混合整数非线性规划问题为非凸，所以首先采用拉格朗日松弛方法将其凸化，然后利用对偶分解和次梯度方法求解D2D用户的最优发射功率并为其分配信道。仿真结果表明，该算法能够在D2D用户的总速率和系统公平性之间取得一定的折中。 （2）为了更好地满足D2D用户的服务质量需求，引入用户满意度的概念，提出了一种基于QoS的分簇信道分配算法。该算法运用图论着色方法为D2D用户分配信道，首先构建D2D用户间的干扰图，然后在保证蜂窝用户QoS需求的情况下建立D2D用户的可用颜色列表，最后为D2D用户分簇，位于同一簇内的用户可以共享信道。仿真结果表明，所提出的算法可以有效提高D2D用户的满意度并在一定程度上兼顾系统公平性。 （3）针对全双工蜂窝通信场景，以最大化系统的吞吐量为目标，提出了一种基于图着色的信道分配算法。该算法可分为两步：首先利用匈牙利算法将上行蜂窝用户和下行蜂窝用户配对，这一对蜂窝用户对同时享用一个资源块进行上下行通信；然后在保证蜂窝用户服务质量的前提下基于图论着色理论为D2D用户分配信道。仿真结果表明，该算法可以提高系统吞吐量获得较高的频谱效率。

目录

第一个书签之前