终端直通(D2D)通信系统中跨层优化设计方法研究

摘要

在移动通信高速发展趋势的引领下，人们不断追求更高要求的移动通信技术，特别是对系统容量、数据传输速率和可靠性、用户服务质量、多样化的通信业务等方面的需求，使蜂窝通信网络承担着巨大的负载压力，导致系统整体性能降低，因此研究如何进一步实现对通信系统性能的优化更具现实意义。在这样的背景下，终端直通(Device-to-Device,D2D)通信技术以其更充分的频谱利用率、更高的数据传输速率以及更大的通信覆盖区域等优势得到广泛的研究和应用。本文重点研究在D2D通信系统中运用跨层的方法提高D2D通信的性能。
　　论文首先研究了D2D通信系统中基于混合自动请求重传(Hybrid Automatic Repeat Request,HARQ)技术的跨层优化方法，将数据链路层的HARQ和物理层的自适应调制编码（Adaptive Modulation and Coding，AMC）技术联合设计。该方法不仅能够满足数据链路层最大传输时延和数据丢包率要求，而且根据物理层的信道质量状况使数据包在通信链路上的传输更加可靠。此外，论文还分别将三种类型的HARQ技术应用于跨层通信方案并做相关的性能比较。仿真结果表明该方法在提高D2D通信系统吞吐量性能的同时，也降低了数据传输的丢包率，并且基于Type-III型HARQ的跨层方案具有最好的优化性能。
　　其次，论文研究了D2D通信系统基于单用户的跨层中继选择方法，针对单小区中单对D2D用户的系统场景，根据该对D2D用户不同业务类型的服务质量(Quality of Service，QoS)要求，提出一种联合考虑物理层的信道状态信息和数据链路层的缓存队列状态信息的跨层中继选择方法。仿真结果表明该方法具有较好的可行性，从系统吞吐量、数据包平均传输时延以及丢包率的角度都对通信数据的传输有很大改善，达到了优化系统性能的目的。
　　最后，论文研究了D2D通信系统基于多用户的跨层中继选择方法，针对单小区中多对D2D用户共存的场景，用一个时延因子表示不同用户的各种QoS要求，在满足各对D2D用户时延和丢包率的不同QoS要求情况下，联合考虑物理层的信道状态信息和数据链路层的缓存队列状态信息为所有D2D通信用户分别选择最优的中继。仿真结果表明该方法在系统吞吐量、平均传输时延和数据丢包率方面都获得了较好的性能优化。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2课题研究的背景

1.3本文工作与组织结构

第二章 相关背景知识介绍

2.1引言

2.2 LTE-Advanced系统架构

2.3 D2D通信系统介绍

2.4跨层优化设计的理论基础

2.5本章小结

第三章 D2D通信系统基于HARQ技术的跨层设计优化方法

3.1引言

3.2 D2D通信系统模型

3.3 HARQ技术简介

3.4基于HARQ技术的跨层设计优化方法

3.5基于不同类型HARQ技术的跨层优化性能比较

3.6仿真分析

3.7本章小结

第四章 D2D通信系统单用户跨层中继选择方法

4.1引言

4.2 D2D通信系统模型

4.3跨层中继选择优化方法

4.4仿真分析

4.5本章小结

第五章 D2D通信系统多用户跨层中继选择方法

5.1引言

5.2 D2D通信系统模型

5.3跨层中继选择优化方法

5.4仿真分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢