多用户MIMO无线网络中的Device-to-Device通信研究

摘要

随着智能终端的快速普及以及网络通信容量的爆炸式增长，发展无线通信新技术的需求也更加明确及迫切，D2D（Device-to-Device）通信应运而生。D2D通信是指距离较近的用户设备之间利用直连链路直接通信而不必经过基站转发的技术。D2D通信带来的好处有：提升无线频谱资源的利用率以及数据传输速率，减小移动终端的发射功率，延长电池寿命等。但同时D2D通信的存在也使得通信过程中干扰环境变得更为复杂。因此有效地管理用户间干扰及合理地规划用户的通信模式是研究中的一个重要问题。
　　本文研究的场景为在MIMO（Multiple Input Multiple Output）系统中加入D2D通信，D2D通信用户与小区用户共享频谱资源，且拥有相同的优先级。首先研究了与文献相同的问题，用户同时采用基站转发模式与 D2D通信模式时，最大化系统和速率。由于MIMO系统中的最大化和速率问题已经被证明为是NP-hard问题，通过引入松弛变量等方式将原问题进行转化，分为两个独立的子问题。基于块坐标下降法设计出迭代算法，在求解一个子问题时，固定另一个子问题中的变量。最后给出了算法的复杂度与收敛性分析，并给出了仿真结果。
　　但在实际应用场景中，存在一些用户对之间距离较远或是直连链路状况较差的情况，因此设计了更加灵活的基于用户模式选择的最大化系统和速率优化算法，联合优化用户通信模式及发送波束成形向量，考虑到过多的D2D用户对带来的反馈信息会增加系统的开销，加入了稀疏优化以限制D2D用户对数。由于原问题不能直接解决，本文中做了一些近似处理后设计了一种迭代更新算法，分成几个子问题交替更新求解。仿真结果说明用户合理地选择通信模式后得到的系统和速率优于单纯的选择基站转发通信或D2D模式通信，并通过与随机选取D2D用户对比说明了算法的有效性。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.3本文的主要内容及结构

1.4本文的创新点

第二章 MIMO系统及D2D通信

2.1 MIMO系统原理

2.2 D2D通信技术原理

2.3相关优化方法

2.4本章小结

第三章 基于固定用户模式的和速率最大化优化算法

3.1系统模型描述

3.2问题建模与近似处理

3.3基于固定用户模式的和速率最大化优化算法设计

3.4算法复杂度与收敛性分析

3.5与现有算法的对比

3.6仿真结果与分析

3.7本章小结

第四章 基于用户模式选择的和速率最大化优化算法

4.1系统模型描述

4.2问题建模与近似处理

4.3基于用户模式选择的和速率最大化优化算法设计

4.4算法复杂度与收敛性分析

4.5仿真结果与分析

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文的总结

5.2后续工作的展望

致谢

参考文献

个人简历、攻读硕士学位期间取得的成果