發(fā)布時(shí)間：2020-05-13 02:44

【摘要】：為應(yīng)對(duì)5G超低時(shí)延、海量設(shè)備互聯(lián)、超高流量密度以及高移動(dòng)性等方面的挑戰(zhàn),本文著眼于端到端(D2D,Device to Device)通信技術(shù)展開研究。蜂窩網(wǎng)絡(luò)下D2D通信技術(shù)從提高資源空間利用率的角度出發(fā),通過(guò)復(fù)用蜂窩網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)用戶間直接傳輸,能夠有效的減小發(fā)射功率、提高資源利用率、提升系統(tǒng)容量。D2D通信無(wú)需基站中轉(zhuǎn),因而還可減小端到端傳輸時(shí)延并減輕基站負(fù)載。此外,與傳統(tǒng)近距離通信技術(shù)相比,蜂窩網(wǎng)絡(luò)管理下的D2D通信能夠在干擾可控環(huán)境中建立更為可靠的傳輸鏈路。因此,蜂窩網(wǎng)絡(luò)下D2D通信技術(shù)不僅能夠提升原有蜂窩網(wǎng)絡(luò)性能,還能夠服務(wù)于大規(guī)模機(jī)器類通信等新興應(yīng)用,是一項(xiàng)極具應(yīng)用前景的5G候選技術(shù)。為突破用戶間信道條件和蜂窩通信干擾約束對(duì)D2D通信的限制,在D2D通信中引入中繼實(shí)現(xiàn)協(xié)作傳輸,可進(jìn)一步提升D2D通信性能、擴(kuò)展D2D通信應(yīng)用場(chǎng)景。此外,低時(shí)延高可靠的D2D通信技術(shù)能夠?yàn)橹悄芙煌ㄏ到y(tǒng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)提供有效技術(shù)支撐,因此移動(dòng)場(chǎng)景下D2D通信也逐漸受到關(guān)注。在上述場(chǎng)景中,允許D2D通信復(fù)用蜂窩授權(quán)頻譜資源可提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率,但隨之而來(lái)的共信道干擾對(duì)實(shí)現(xiàn)D2D通信的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、保障原有蜂窩通信性能帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。為滿足5G對(duì)于大幅提升頻譜效率和能量效率的迫切需求,本文針對(duì)中繼D2D通信和移動(dòng)D2D通信的資源分配技術(shù)展開研究,取得的主要成果總結(jié)如下:1、對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)下中繼D2D通信中面向能量效率的資源分配策略展開研究。中繼的引入在提高D2D通信傳輸可靠性及頻譜效率的同時(shí),也帶來(lái)了額外的發(fā)射功率和電路功率消耗。未來(lái)5G通信不僅追求更高的傳輸速率,還要求獲得高能量效率,真正實(shí)現(xiàn)綠色通信。針對(duì)這一目標(biāo),本文針對(duì)中繼D2D通信中能量效率進(jìn)行了理論分析并提出了最大化D2D通信能量效率的資源分配策略�！ぬ岢隽俗畲蠡芰啃实墓β士刂撇呗�。首先對(duì)存在共信道干擾的中繼D2D通信的平均能量效率進(jìn)行了理論分析,得到其閉式表達(dá)式。同時(shí),在實(shí)際通信系統(tǒng)中用戶頻譜效率是由信干噪比量化而形成的信道質(zhì)量指示(CQI,Channel Quality Identity)等級(jí)確定的,發(fā)射功率增加而CQI等級(jí)不變時(shí),額外的功率消耗并不會(huì)提高頻譜效率,反而降低系統(tǒng)能量效率。因此本文在理論分析的基礎(chǔ)上提出了基于CQI等級(jí)的中繼用戶發(fā)射功率控制策略,在保障蜂窩通信干擾功率約束的同時(shí)最大化D2D通信能量效率。該策略根據(jù)CQI等級(jí)將發(fā)射功率離散后進(jìn)行功率控制,能夠避免不必要的功率調(diào)整和無(wú)效的發(fā)射功率消耗。·除了功率控制外,D2D通信中復(fù)用信道選擇以及通信模式選擇也是提高D2D通信能量效率、保障蜂窩通信性能的有效手段,因此本文提出了一種功率-信道-模式聯(lián)合優(yōu)化的資源分配策略。該策略在保障蜂窩用戶服務(wù)質(zhì)量要求的條件下,最大化D2D通信能量效率。利用用戶傳輸模式唯一性以及D2D用戶間資源正交性,將三維優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行分解并設(shè)計(jì)了相應(yīng)功率迭代求解算法和整體求解流程。2、對(duì)中繼D2D通信中面向EE-SE優(yōu)化的功率控制策略展開研究。頻譜效率和能量效率是5G網(wǎng)絡(luò)兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo),而最大化能量效率與最大化頻譜效率間存在非一致性,且單獨(dú)優(yōu)化任一指標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)整體性能最優(yōu)。為此,本文研究了中繼D2D通信中能量效率和頻譜效率的折中問(wèn)題。為了刻畫資源復(fù)用模式對(duì)于蜂窩通信的影響,本文首先分析了共信道干擾存在時(shí)蜂窩通信的中斷性能,并推導(dǎo)得到了中斷概率的理論表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上,以中斷概率為約束,在保障D2D通信能量效率約束的條件下,通過(guò)最大化D2D通信的頻譜效率對(duì)中繼用戶的發(fā)射功率進(jìn)行了優(yōu)化。其次,為了進(jìn)一步提升中繼D2D通信性能,本文對(duì)源用戶-中繼用戶的發(fā)射功率進(jìn)行了聯(lián)合優(yōu)化。在保障蜂窩干擾功率約束及D2D通信能量效率約束條件下,通過(guò)最大化D2D通信的頻譜效率得到了源-中繼用戶的最優(yōu)發(fā)射功率,并分析了能量效率門限對(duì)最優(yōu)發(fā)射功率的影響。此外,盡管復(fù)用模式下蜂窩網(wǎng)絡(luò)可在相同資源上服務(wù)更多用戶,隨之而來(lái)的共信道干擾會(huì)引起原有蜂窩通信性能的下降。為了評(píng)估引入D2D通信后網(wǎng)絡(luò)的整體性能,本文提出網(wǎng)絡(luò)頻譜效率變化函數(shù)并分析了蜂窩通信干擾門限對(duì)D2D-蜂窩兩者性能折中的影響。3、針對(duì)移動(dòng)環(huán)境下D2D通信能量效率和頻譜效率優(yōu)化展開研究,并從經(jīng)濟(jì)效益角度分析了二者間折中。為了準(zhǔn)確的描述移動(dòng)環(huán)境中D2D通信收發(fā)端移動(dòng)性以及車輛密度對(duì)無(wú)線信道傳播特性的影響,本文采用三維車輛與車輛間信道模型并分析了不同車輛密度場(chǎng)景下能量效率與頻譜效率間的相互關(guān)系�？捎^察到在高車輛密度場(chǎng)景下,在能量效率峰值點(diǎn)略微減小能量效率可獲得頻譜效率的顯著提升;在低車輛密度場(chǎng)景下,在頻譜效率峰值點(diǎn)略微減小頻譜效率能夠帶來(lái)能量效率明顯的上升。因此本文提出了面向不同車輛密度場(chǎng)景的功率分配策略,即在低車輛密度場(chǎng)景下最大化能量效率而在高車輛密度場(chǎng)景中最大化頻譜效率,并分別得到了最優(yōu)發(fā)射功率表達(dá)式。為了進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)射功率中能量效率/頻譜效率門限,本文采用經(jīng)濟(jì)效益作為性能指標(biāo),從網(wǎng)絡(luò)開銷和系統(tǒng)收益的角度對(duì)能量效率和頻譜效率的折中進(jìn)行了定量評(píng)估。仿真結(jié)果表明經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)能夠?yàn)椴煌ㄐ艞l件下能量效率和頻譜效率折中問(wèn)題提供統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)。
【圖文】：

UHD/圖1.2 5G網(wǎng)絡(luò)通信類型及典型應(yīng)用除了通信終端類型多樣，不同應(yīng)用場(chǎng)景下無(wú)線傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)也千差萬(wàn)別。根據(jù)用戶移動(dòng)性及不同應(yīng)用場(chǎng)景、數(shù)據(jù)速率和時(shí)延等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，未來(lái)5G應(yīng)用場(chǎng)景可分為增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB，，enhanced Mobile BroadBand）、超可靠超低時(shí)延通信（URLLC，Ultra Reliable and Low Latency Communications）和大規(guī)模機(jī)器類型通信（mMTC，massive Machine Type Communication）三大類，具體如圖1.3所示。xMBBmMTC uMTC>1 Gbps/<10 ms E2E>300 Mbps/>1 million />10>50 Mbps/<10 ms E2E<5 ms E2E>100 Mbps/圖1
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN929.5

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4 張知v

本文編號(hào)：2661245