未来蜂窝网络中D2D通信技术研究

摘要

随着用户数量和业务需求的急剧增长，频谱资源短缺成为无线通信技术发展的瓶颈。如何更有效利用授权频段以平衡蜂窝系统频谱资源的供求逆差，成为重要的研究课题。为此，LTE-A网络引入D2D通信技术，允许短距离终端用户之间通过共享小区资源进行直接通信，可在一定程度上缓解蜂窝系统无线资源匮乏的难题。此外，D2D通信的技术优势还包括：减轻蜂窝基站的负载，降低移动终端设备的电池功耗，增大数据传输速率，还能支持新型的小范围点对点数据服务。鉴于上述优点，D2D通信技术受到了标准化组织、工业界和学术界的广泛关注。
　　本文的主要工作内容及创新点如下：
　　（1）D2D通信在LTE/LTE-A网络下系统模型分析。首先，对LTE/LTE-A的网络架构、关键技术等内容作了简要概述；然后，在此基础上详细阐述了D2D通信在LTE/LTE-A网络下的工作原理，包括会话建立机制和资源共享模式等关键问题；最后，介绍了D2D通信技术典型的应用场景。
　　（2）D2D资源分配方案研究。本文引入载波聚合技术，允许每对D2D用户同时复用多个蜂窝用户资源。在多对D2D用户与多蜂窝用户共存情形下，提出了D2D用户自适应选择复用蜂窝用户资源的方案。在保证蜂窝用户服务质量的前提下，该方案通过设置干扰补偿因子计算蜂窝用户和D2D用户的功率限制，筛选出所有能够被复用的蜂窝用户，进而确定每对D2D用户可复用蜂窝用户的数目。然后，在D2D数据速率约束下，自适应选取实现最大吞吐量增量的蜂窝用户组合作为D2D用户最佳复用对象。与现有Kuhn-Munkres算法的仿真对比实验表明，本文方案显著提高了系统吞吐量增益和能量效率。
　　（3）D2D数据分发应用研究。蜂窝网络中相同需求的用户可以建立成簇以利用D2D通信技术提高数据分发效率。然而，D2D链路质量的差异可能会成为提高资源效率的瓶颈。本文通过设置数据速率阈值优先选择信道质量良好的D2D链路，利用D2D通信技术实现中继转发，提出了多跳D2D转发方案。该方案根据预先设定的数据速率阈值和D2D链路质量，自适应选择最优的中继、路由和转发跳数。与现有单跳转发方案的仿真对比实验表明，本文方案有效提高了时频资源的利用率。

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第一章 绪论

§1.1 D2D通信技术背景与简介

§1.2 国内外研究现状

§1.3 本文工作内容及安排

第二章 LTE/LTE-A网络下D2D通信系统

§2.1 LTE/LTE-A网络概述

§2.2 D2D通信工作原理

§2.3 D2D通信技术应用

§2.4 本章小结

第三章 D2D资源分配方案研究

§3.1 引言

§3.2 问题描述

§3.3 D2D资源复用算法

§3.4 仿真实验与分析

§3.5 本章小结

第四章 D2D数据分发应用研究

§4.1 引言

§4.2 问题描述

§4.3 D2D中继转发算法

§4.4 仿真实验与分析

§4.5 本章小结

第五章 总结与展望

§5.1 全文总结

§5.2 有待进一步研究的工作

参考文献

附 录

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果