【摘要】：在傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中引入Device-to-Device(D2D)通信技術(shù)能夠降低終端的發(fā)射功率,減輕基站的負(fù)擔(dān),提高系統(tǒng)的頻譜利用率,在一定程度上解決無線通信系統(tǒng)頻譜資源匱乏這一難題。然而該技術(shù)的引入也帶來了蜂窩系統(tǒng)與D2D系統(tǒng)之間的干擾問題,如何協(xié)調(diào)好系統(tǒng)資源進(jìn)行合理地信道和功率分配,成為當(dāng)前的一個(gè)重要課題。本文分析了D2D和蜂窩混合系統(tǒng)的頻譜共享方式和上下行干擾模型,研究了功率控制技術(shù)對系統(tǒng)性能的影響與信道分配,具體內(nèi)容如下：(1)研究了D2D系統(tǒng)中資源集中優(yōu)化分配算法,該算法中D2D用戶可使用多個(gè)子載波,對蜂窩用戶和D2D用戶的發(fā)射功率同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化,由于蜂窩用戶和D2D用戶的資源分配方式都受基站控制,因此基站需要搜集所有用戶的信道信息。為了減輕基站的負(fù)擔(dān),可以采用次優(yōu)的分布式資源分配方法,各個(gè)用戶自行搜集信道信息,蜂窩用戶以固定功率發(fā)射,優(yōu)化D2D用戶的發(fā)射功率。為了便于實(shí)現(xiàn)D2D用戶通常只用一個(gè)子載波進(jìn)行通信,在這種場景下,對蜂窩和D2D用戶的發(fā)射功率同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化,該算法的復(fù)雜度較低,但性能也會(huì)有所下降。仿真比較了三種分配算法下D2D用戶的吞吐量性能。(2)在確保蜂窩用戶通信質(zhì)量的前提下,提出一種D2D用戶的資源分配算法,該算法以最大化D2D用戶的系統(tǒng)容量為目標(biāo)構(gòu)建優(yōu)化問題,并分兩步求解。首先,以最小化對蜂窩用戶造成的干擾和最大化D2D用戶的系統(tǒng)容量為準(zhǔn)則,為D2D用戶分配子載波；其次,采用次梯度法求解功率。仿真結(jié)果表明,該算法對D2D用戶的系統(tǒng)容量和系統(tǒng)總?cè)萘慷加兴岣摺?3)提出了一種基于圖論和博弈論的資源分配算法,為D2D用戶分配子載波和發(fā)射功率。首先利用圖論著色理論為D2D用戶分配可用的子載波,為確保蜂窩用戶的通信QoS對D2D用戶的顏色集合進(jìn)行調(diào)整,然后構(gòu)建D2D用戶之間的有向權(quán)重干擾圖,再次調(diào)整各用戶的顏色集合；接著引入博弈論理論對D2D用戶在各可用子載波上的發(fā)射功率進(jìn)行分配,理論推導(dǎo)和仿真都驗(yàn)證了納什均衡點(diǎn)的存在性和唯一性。仿真結(jié)果表明該算法在保證蜂窩用戶QoS條件下,提高了D2D用戶的吞吐量和頻譜利用率。
[Abstract]:The introduction of Device-to-Device (D2D) communication technology in traditional cellular system can reduce the transmission power of the terminal, lighten the burden of the base station, and improve the spectrum efficiency of the system. To a certain extent, the problem of spectrum scarcity in wireless communication systems is solved. However, the introduction of this technology also brings the interference between the cellular system and the D2D system. How to coordinate the system resources for a reasonable channel and power allocation has become an important issue at present. In this paper, the spectrum sharing mode and upstream / downstream interference model of D2D and cellular hybrid systems are analyzed, and the influence of power control technology on system performance and channel allocation are studied. The main contents are as follows: (1) the optimal resource allocation algorithm in D2D system is studied. In this algorithm, the transmit power of both cellular and D2D users can be optimized simultaneously by using multiple subcarriers. Because the resource allocation of both cellular and D2D users is controlled by the base station, the base station needs to collect the channel information of all users. In order to lighten the burden of the base station, the sub-optimal distributed resource allocation method can be adopted. The channel information can be collected by each user, and the transmission power of the D2D user can be optimized by the cellular user transmitting with the fixed power. In order to realize D2D user communication with only one subcarrier, in this scenario, the transmission power of both cellular and D2D users is optimized simultaneously, the complexity of the algorithm is lower, but the performance will also be degraded. The throughput performance of D2D users under three allocation algorithms is compared. (2) under the premise of ensuring the communication quality of cellular users, a D2D user resource allocation algorithm is proposed. The algorithm aims at maximizing the system capacity of D2D users and solving the optimization problem in two steps. Firstly, subcarriers are assigned to D2D users based on the criteria of minimizing interference to cellular users and maximizing the system capacity of D2D users. Secondly, subgradient method is used to solve the power problem. Simulation results show that the proposed algorithm improves both the system capacity and the total system capacity of D2D users. (3) A resource allocation algorithm based on graph theory and game theory is proposed to allocate subcarriers and transmit power to D2D users. In order to ensure the communication QoS of cellular users, the color set of D2D users is adjusted by using graph theory coloring theory to allocate available subcarriers to D2D users, and then the directed weight interference graph between D2D users is constructed. Adjust the color set of each user again; Then the game theory is introduced to allocate the transmit power of D2D users on each available subcarrier. The theoretical derivation and simulation verify the existence and uniqueness of Nash equilibrium point. The simulation results show that the proposed algorithm can improve the throughput and spectrum efficiency of D2D users under the condition of guaranteed cellular user QoS.
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.53

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本文編號：2370666