本文關鍵詞：LTE-Advanced系統(tǒng)中基于博弈論的D2D無線資源分配算法的研究

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【摘要】：隨著移動通信技術的發(fā)展,用戶對數(shù)據(jù)速率的要求越來越高,與此同時頻譜資源緊缺的問題日益嚴重。為擴大蜂窩容量,Device-to-device (D2D)技術已經(jīng)越來越受到關注。不同于基于蜂窩網(wǎng)絡的基礎設施,D2D終端不用通過中心協(xié)調器而直接進行通信,不必使用核心網(wǎng)絡參與,具有低功耗、低時延、高數(shù)據(jù)速率及高頻譜效率等優(yōu)點,然而這些優(yōu)點的實現(xiàn)依賴于有效的資源分配方案。這是由于D2D與蜂窩系統(tǒng)復用相同的資源,蜂窩系統(tǒng)與D2D系統(tǒng)之間存在著干擾。復用上行資源時,蜂窩用戶向演進的基站(evolved NodeB:eNB)發(fā)送數(shù)據(jù),eNB受到D2D發(fā)射機的干擾,而D2D接收機受到蜂窩用戶的干擾；復用下行資源時,eNB向蜂窩用戶發(fā)送數(shù)據(jù),則蜂窩用戶會受到D2D發(fā)射機的干擾,而eNB將干擾D2D接收機。如果這些干擾不能有效地消除,將極大影響D2D系統(tǒng)的性能,導致系統(tǒng)性能下降。 為了減少這種干擾同時提升小區(qū)的吞吐量,本論文重點研究了在升級版長期演進(Long Term Evolution-Advanced:LTE-A)系統(tǒng)下的基于博弈論的兩種D2D通信資源分配算法,兩種算法均基于復用上行資源的場景且蜂窩用戶之間資源正交。首先針對一個D2D對只能復用一個蜂窩用戶的資源的場景,提出了基于StackeIberg博弈的資源分配方案,該方案將eNB和D2D用戶組成一個賣家-買家對,作為買家,D2D用戶如果想使用上行資源完成自己的可靠通信就必須付出-定的費用,eNB作為擁有資源的賣家通過向D2D用戶索要一定的費用來使自己整個小區(qū)的總吞吐量得到增加,最終既保證了D2D通信的可靠性又增加了小區(qū)的吞吐量。 其次針對一個D2D對可以復用多個蜂窩用戶的資源且?guī)讉�D2D對可以同時復用一個蜂窩用戶資源的場景,提出了基于重疊聯(lián)盟博弈(overlapping coalition formation game)的資源分配方案,所有的用戶自主的進行分組,并在此過程中考慮了每個用戶的服務質量(Quality of Service:QoS)要求,此方案將資源共享問題看成是可轉移的聯(lián)盟博弈問題且每個D2D用戶都可根據(jù)合并分裂規(guī)則(merge-and-split)決定是否加入到某個聯(lián)盟小組,最終根據(jù)此算法得到穩(wěn)定聯(lián)盟,除此之外本論文還利用離散時間馬爾科夫鏈分析了最終聯(lián)盟的穩(wěn)定性,及不完美信道狀態(tài)信息對穩(wěn)定聯(lián)盟形成的影響,另外對于使用此方法的復雜度也給出了理論分析。最后分別通過仿真驗證這兩個方案的可行性。 本論文的創(chuàng)新點在于： 1.分別提出了利用Stackelberg博弈和聯(lián)盟博弈來解決D2D通信資源共享問題,前者聯(lián)合功率和信道分配,將eNB看成是賣家,D2D用戶為買家,兩者進行博弈,最終在總速率和D2D通信之間取得均衡； 2.提出了D2D用戶在選擇信道沖突時的解決方案； 3.基于重疊聯(lián)盟的資源分配方案,不同于之前的一個D2D對只能存在于一個聯(lián)盟中的聯(lián)盟博弈,本論文允許一個D2D對可以同時接入不同的聯(lián)盟,并在形成重疊聯(lián)盟的過程中滿足每個用戶的QoS要求,此方案適用于多個D2D對的一般情況；D2D對根據(jù)合并分離規(guī)則自主的加入或離開某個聯(lián)盟,適用于動態(tài)的環(huán)境變化；本論文還利用離散馬爾科夫鏈分析了形成最終重疊聯(lián)盟的穩(wěn)定性,給出了此方案的復雜度分析； 4.特別考慮了用戶不能獲得完美信道狀態(tài)信息的實際情況,研究了不完美信道狀態(tài)信息對穩(wěn)定聯(lián)盟形成的影響,最后的仿真結果表明此方案針對不完美信道狀態(tài)信息仍然適用。
【關鍵詞】：LTE-A D2D 資源分配 博弈論 Stackelberg博弈 聯(lián)盟博弈
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.5
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 序言11-12
• 目錄12-15
• 1 緒論15-21
• 1.1 引言15
• 1.2 D2D通信的發(fā)展15-18
• 1.2.1 D2D通信的發(fā)展背景16-17
• 1.2.2 D2D通信的發(fā)展現(xiàn)狀17-18
• 1.3 主要研究內容18-19
• 1.4 論文結構和安排19-21
• 2 LTE-A及其關鍵技術21-32
• 2.1 LTE-A的產生背景21-22
• 2.2 LTE-A的關鍵技術22-28
• 2.2.1 系統(tǒng)框架22-23
• 2.2.2 物理資源23-24
• 2.2.3 關鍵技術24-28
• 2.3 D2D通信系統(tǒng)介紹28-31
• 2.3.1 D2D通信對的建立28-30
• 2.3.2 D2D通信所用信道30
• 2.3.3 性能改善30-31
• 2.4 本章小結31-32
• 3 博弈論在無線資源分配中的應用32-40
• 3.1 無線資源管理32-33
• 3.1.1 RRM分類32
• 3.1.2 LTE中的RRM過程32-33
• 3.2 博弈論基礎33-38
• 3.2.1 博弈論概述33-34
• 3.2.2 博弈論的理論框架34
• 3.2.3 均衡的概念34-38
• 3.3 博弈與無線資源分配行為38-39
• 3.4 本章小結39-40
• 4 基于STACKELBERG博弈的資源分配方案40-50
• 4.1 STACKELBERG博弈介紹40
• 4.2 系統(tǒng)模型40-42
• 4.3 基于STACKELBERG博弈的資源分配方案42-46
• 4.3.1 效用函數(shù)的構建42-43
• 4.3.2 DUE的行為分析43-44
• 4.3.3 eNB的行為分析44-45
• 4.3.4 PRBs分配方案45-46
• 4.4 仿真結果及分析46-49
• 4.5 本章小結49-50
• 5 基于重疊聯(lián)盟博弈的資源分配方案50-66
• 5.1 聯(lián)盟博弈介紹50-52
• 5.2 系統(tǒng)模型52-53
• 5.3 基于重疊聯(lián)盟博弈的資源分配方案53-56
• 5.3.1 重疊聯(lián)盟博弈的數(shù)學模型54-55
• 5.3.2 重疊聯(lián)盟博弈算法55-56
• 5.4 理論分析56-58
• 5.4.1 復雜度分析57
• 5.4.2 穩(wěn)定性分析57-58
• 5.5 不完美信道狀態(tài)信息情況下算法分析58-59
• 5.6 仿真結果及分析59-64
• 5.7 本章小結64-66
• 6 結論66-68
• 6.1 本論文工作總結66-67
• 6.2 研究展望67-68
• 參考文獻68-72
• 附錄A72-73
• 圖索引73-74
• 表索引74-75
• 縮略詞75-77
• 作者簡歷及攻讀碩士/博士學位期間取得的研究成果77-79
• 學位論文數(shù)據(jù)集7

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本文編號：1001305