基于能量效率的LTE-D2D资源分配方法研究

摘要

LTE-A网络下的终端直通（Device-to-Device，D2D）技术是在基站统一调度与协调下，通过共享蜂窝资源实现无需基站转发的用户间直接通信，可大幅提高频谱利用率、减轻基站负载、降低终端发射功率。本文面向支持D2D通信的蜂窝网络，针对资源复用导致的同频干扰问题，以优化能量效率为目标，重点对资源分配开展研究，具体工作如下：
　　针对现有系统能量效率均沿用蜂窝网络定义方式，并未考虑设备与资源关系改变对功率分配的影响，本文综合考虑使用相同频谱资源的D2D用户和蜂窝用户，从资源使用的角度定义了系统能量效率。在已知时-频资源复用关系的情况下，以最大化该系统能量效率为目标，为蜂窝用户及D2D用户分配功率。针对现有求解算法复杂度较高且性能较差的问题，提出了一种变步长增量迭代的求解算法。该算法通过多方向寻优搜索和动态调整迭代步长，可在有限时间复杂度内为蜂窝用户及D2D用户分配最佳发射功率。
　　为了进一步扩大网络覆盖范围、降低网络能耗、提升网络容量、实现蜂窝网络下D2D技术的增强，本文面向引入中继后的D2D通信开展研究。考虑到两跳D2D通信中的干扰情况相较单跳D2D通信更为复杂，仅通过功率分配或时-频资源分配很难取得较好的整体性能，本文提出了一种基于能量效率的时-频-功资源联合分配方法。首先，在保障蜂窝用户和D2D用户最小传输速率的前提下，以最大化D2D用户能量效率为目标建立组合优化问题；进而，提出了一种基于参数法的迭代求解算法，该算法利用分式规划的性质把原非线性混合整数规划问题转化为功率分配和时-频资源分配两个子问题，通过线性化子目标函数为凹函数以及匈牙利算法，可在有限时间复杂度内得到全局最优的发射功率和时-频资源复用关系。
　　研究结果表明，本文所提出的资源分配方法能够有效降低资源复用导致的同频干扰的影响，在保障蜂窝用户和D2D用户传输速率的前提下，以较低的复杂度实现能量效率的提升。

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第一章 绪论

1.2 研究背景

1.3 研究意义

1.4 论文的主要工作和章节安排

第二章 LTE-A网络中的D2D通信技术

2.2 LTE-A简介

2.3 D2D技术简介

2.4 D2D通信的资源分配方法及研究现状

2.5 本章小结

第三章 基于能量效率的单跳D2D功率分配方法

3.2 系统描述

3.3 LTE-D2D网络中系统能量效率分析

3.4 基于能量效率的单跳D2D功率分配方法

3.5 仿真结果

3.6 本章小节

第四章 基于能量效率的两跳D2D时-频-功资源联合分配方法

4.2 系统描述

4.3 两跳D2D能量效率分析

4.4 基于能量效率的两跳D2D时-频-功资源联合分配方法

4.5 仿真结果

4.6 本章小节

第五章 总结与展望

5.2 未来工作展望

参考文献

致谢

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