【摘要】：近年來,隨著移動(dòng)通信能耗日益加劇、頻譜資源持續(xù)緊張,D2D(Device-to-Device)通信由于其能提高頻譜利用率和減少能耗、增加系統(tǒng)能效的特點(diǎn),受到了越來越多的關(guān)注。但是因?yàn)槌霈F(xiàn)時(shí)間較短,D2D技術(shù)研究還有很多要完善的方面。本文針對(duì)D2D技術(shù)減少用戶功率消耗、提高系統(tǒng)能效的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行研究。本文首先對(duì)D2D技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)明扼要的介紹,并分析了課題研究的背景,指出了隨著能耗問題的突出,能效研究正日益成為研究的熱點(diǎn)。接著本文分析了D2D在正交、非正交和蜂窩三種模式下的能效性能,利用能效函數(shù)的擬凹性質(zhì)和博弈論中的納什均衡理論,對(duì)單蜂窩用戶和單D2D用戶的能效性能做了分析,并在不同的距離上分析了D2D通信的功耗。在多蜂窩用戶和多D2D用戶的場(chǎng)景下,本文分析了結(jié)合頻譜資源分配、求解用戶最佳的發(fā)射功率的方法;并從單個(gè)D2D用戶的角度出發(fā),利用凸優(yōu)化方法對(duì)復(fù)用相同頻率的D2D用戶的發(fā)射功率進(jìn)行優(yōu)化。這兩種方法都使系統(tǒng)獲得能效的增益。其次,在考慮減輕對(duì)蜂窩用戶干擾的前提下,本文應(yīng)用拉格朗日方法減小用戶功耗,分析了聯(lián)合分配功率和資源方法、以及分別分配功率和資源的方法。并提出了一種改進(jìn)后的競(jìng)拍算法,從單個(gè)D2D用戶的角度來優(yōu)化工作時(shí)長(zhǎng)。在限定了蜂窩用戶和D2D用戶的速率后,分別從整體和單個(gè)用戶兩個(gè)角度出發(fā)對(duì)用戶發(fā)射功率進(jìn)行優(yōu)化。仿真表明改進(jìn)后的方法接近了從整體進(jìn)行優(yōu)化的性能,且計(jì)算量相對(duì)較小。最后,利用D2D在短距離上速率較快、消耗較少發(fā)射功率的性質(zhì),將D2D用戶分入不同的簇�；緦�(shù)據(jù)發(fā)給簇內(nèi)某一D2D用戶,并由其轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)給同一簇內(nèi)的其他D2D用戶。這種方法能明顯的降低用戶能耗。在此基礎(chǔ)上,本文研究了多個(gè)簇的公平性原則,使用min-max方法避免單個(gè)用戶消耗過多功率,使每個(gè)簇內(nèi)的D2D用戶較平均的轉(zhuǎn)發(fā)來自基站的數(shù)據(jù),同時(shí)達(dá)到優(yōu)化能量和公平性的目的。在考慮公平性后,盡管系統(tǒng)消耗的功率會(huì)增加,但卻避免了單個(gè)用戶消耗過多功率的問題。
[Abstract]:In recent years, with the increasing energy consumption of mobile communication and the continuous shortage of spectrum resources, D2D (Device-to-Device) communication has attracted more and more attention due to its characteristics of increasing spectrum efficiency, reducing energy consumption and increasing system energy efficiency. But because the appearance time is relatively short, the D2D technology research still has a lot to perfect the aspect. In this paper, the advantages of D2D technology to reduce user power consumption and improve system energy efficiency are studied. In this paper, the D2D technology is introduced briefly, and the background of the research is analyzed. It is pointed out that the energy efficiency research is becoming more and more hot with the energy consumption problem becoming more and more prominent. Then, the energy efficiency performance of D2D in orthogonal, non-orthogonal and cellular modes is analyzed. Based on the quasi-concave property of energy efficiency function and Nash equilibrium theory in game theory, the energy efficiency performance of single-cell and single-D2D users is analyzed. The power consumption of D2D communication is analyzed at different distances. In the scenario of multi-cell users and multi-D2D users, this paper analyzes the method of combining spectrum resource allocation to solve the optimal transmission power of users. From the point of view of a single D2D user, a convex optimization method is used to optimize the transmit power of D2D users with the same frequency. Both methods enable the system to gain energy efficiency. Secondly, on the premise of mitigating interference to cellular users, this paper uses Lagrangian method to reduce user power consumption, and analyzes the joint allocation of power and resources, as well as the allocation of power and resources. An improved bidding algorithm is proposed to optimize the working time from the point of view of a single D2D user. After limiting the rate of cellular users and D2D users, the transmit power of users is optimized from the perspective of whole user and single user, respectively. The simulation results show that the performance of the improved method is close to that of the whole optimization method, and the computational complexity is relatively small. Finally, D2D users are divided into different clusters by using the properties of D2D, which is fast in short distance and consumes less transmit power. The base station sends the data to a D2D user in the cluster and forwards the data to other D2D users in the same cluster. This method can significantly reduce user energy consumption. On this basis, the fairness principle of multiple clusters is studied, and the min-max method is used to avoid the single user consuming too much power, so that the D2D users in each cluster can forward the data from the base station more evenly. At the same time, the aim of optimizing energy and fairness is achieved. After considering fairness, although the power consumed by the system will increase, the problem of single user consuming too much power is avoided.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN929.5

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本文編號(hào)：2470617