隨著智能終端的普及以及移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的日益豐富,龐大的數(shù)據(jù)傳輸量,豐富的業(yè)務(wù),導致蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中的基站負擔越來越重。為了降低基站的負荷,終端直通(Device-to-Device, D2D)技術(shù)被引入蜂窩通信系統(tǒng)。終端直通技術(shù)的引入不僅能夠降低基站的負載,還能提高系統(tǒng)通信容量、降低傳輸時延、減少功率損耗、拓展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍,以及提高小區(qū)邊緣用戶的性能。為了避免D2D通信與蜂窩通信之間的互相干擾,更有效地提高D2D通信系統(tǒng)的性能,需要對蜂窩網(wǎng)絡(luò)中D2D通信系統(tǒng)進行合理的資源分配。針對D2D通信技術(shù)資源分配問題的研究被廣泛開展。但是,目前絕大多數(shù)關(guān)于D2D通信技術(shù)資源分配的研究具有以下局限性：1)在考慮干擾協(xié)調(diào)的過程中主要關(guān)注D2D通信與蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信之間的干擾,忽略了多個D2D鏈路之間的干擾；2)大多數(shù)研究都只針對一對一的D2D單播通信方式展開,沒有對D2D多播通信進行研究；3)大部分研究都只考慮了單個小區(qū)場景之中的D2D通信,對于多小區(qū)環(huán)境下的D2D通信的研究不多。針對以上局限性,本文主要針對蜂窩網(wǎng)絡(luò)中D2D多播通信的資源分配展開研究。分別考慮了將D2D多播通信應(yīng)用于不同的無線通信場景中,并對系統(tǒng)的資源分配問題進行了研究。本文的主要工作包括以下四個方面：1)首次將D2D通信應(yīng)用到多媒體廣播／多播業(yè)務(wù)單頻網(wǎng)(MBSFN)系統(tǒng)中,研究了MBSFN系統(tǒng)中D2D通信的資源分配問題。在D2D用戶具有不同優(yōu)先級的情況下,提出了一種距離受限的輪詢資源分配(DRRS)方案。分別考慮了應(yīng)用D2D單播通信和D2D多播通信到MBSFN系統(tǒng)的情況,并且分別針對D2D單播通信技術(shù)和D2D多播通信技術(shù)的不同特點,分析了多個D2D通信對／多播組之間的距離關(guān)系。然后通過預(yù)先設(shè)定的用戶的信干比門限值計算出D2D通信對／多播組之間復(fù)用相同資源的安全距離。在復(fù)用安全距離的限制下,系統(tǒng)從優(yōu)先級高的D2D通信對／多播組開始依次分配資源。距離大于復(fù)用安全距離的兩個D2D通信對/多播組可以共用相同頻率資源。依據(jù)這一原則,依次將系統(tǒng)可用資源分配給所有D2D通信對／多播組。2)研究了MBSFN系統(tǒng)中D2D多播通信的資源分配問題,考慮在D2D用戶不具有優(yōu)先級的情況下,提出了一種基于距離的D2D多播通信公平資源分配(DFRA)算法。為了更好地利用系統(tǒng)可用資源,本文提出讓一個MBSFN中的D2D通信不復(fù)用本MBSFN中蜂窩通信的資源,而是復(fù)用其他MBSFN中的蜂窩用戶的資源。不同于1)中介紹的DRRS算法,DFRA算法考慮的場景是D2D通信用戶沒有優(yōu)先級的情況下,DFRA考慮了頻率分配的公平性。DFRA算法保證系統(tǒng)選擇最優(yōu)的分配順序并且將系統(tǒng)可用資源公平的分配給D2D通信。仿真結(jié)果顯示DFRA算法不僅提高了系統(tǒng)的吞吐量性能,降低了D2D通信的中斷概率,同時保證了很好的公平性。3)研究了異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的小小區(qū)(Small cell)環(huán)境中D2D通信的資源分配問題,提出了一種分步驟的解決資源分配問題的方案。首先對資源分配問題建模,并針對所研究的場景對優(yōu)化問題建模。由于優(yōu)化問題是一個復(fù)雜的問題,無法獲得最優(yōu)解。因此本文提出了一個分步式資源分配方案來獲得次優(yōu)解,將一個復(fù)雜的優(yōu)化問題分為三個相對簡單的子問題：D2D通信組的形成,每個D2D通信組所需子載波數(shù)目的估計以及具體的子載波和功率的分配。為了充分利用系統(tǒng)可用資源并且滿足每一個D2D用戶的速率需求,本文提出了一個基于距離的資源分配算法,保證了系統(tǒng)選擇優(yōu)化的分配順序并且將合適的子載波和功率分配給每個D2D通信組。仿真結(jié)果表明文中提出的分步式資源分配方案不僅能夠提高D2D通信的頻率效率,同時可以降低D2D通信的中斷概率。4)討論了蜂窩小區(qū)中應(yīng)用D2D通信的場景下如何進行功率分配來提高系統(tǒng)性能,提出一種基于粒子群優(yōu)化(PSO)算法的D2D通信功率分配的方案。分別針對兩種情況進行了研究：D2D多播組只與一個蜂窩用戶復(fù)用相同資源；D2D多播組與多個蜂窩用戶復(fù)用相同資源。第一種情況相對簡單,通過應(yīng)用PSO算法即可實現(xiàn)功率分配。第二種情況中,由于D2D多播組與多個蜂窩用戶復(fù)用相同資源,如果設(shè)置最大化整體吞吐量,可能會造成D2D通信和蜂窩通信的不公平。因此,本文折中考慮了公平性和吞吐量之間的關(guān)系,提出一種新的適應(yīng)值,并根據(jù)新的適應(yīng)值調(diào)整PSO算法,最終實現(xiàn)功率分配優(yōu)化。
【學位單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TN929.5
【部分圖文】：

?Ｂ．松基站控制??圖２－１?Ｄ２Ｄ通信控制方式??從網(wǎng)絡(luò)角度看，如圖２－１所示，設(shè)備發(fā)現(xiàn)過程可Ｗ分為Ｗ下兩種類型；緊基站??控制和松基站控制方式ｆＷＫＷ。??在緊基站控制方式中，整個設(shè)備發(fā)現(xiàn)■過程都是在基站的控制之下完成的�；�??首先向想要發(fā)起Ｄ２Ｄ通信的用戶詢問發(fā)現(xiàn)信標，包括同步、身份識別Ｗ及需求業(yè)??務(wù)信息。接著，基站指定某個目標鄰近用戶接收該發(fā)現(xiàn)信標。該想要發(fā)起Ｄ２Ｄ通??信的用戶與目標鄰近用戶組成Ｄ２Ｄ通信對。兩個Ｄ２Ｄ用戶之間僅僅進行數(shù)據(jù)的傳??輸。通過緊基站控制方式，用戶發(fā)現(xiàn)過程能夠快速而準確地完成。但是，緊基站控??制方式會給基站帶來很大的信令開銷。??在松基站控制方式中，基站只是配合用戶完成設(shè)備發(fā)現(xiàn)過程，主要的控制信令??１０??

？、．．山占一＇??圖２－３?Ｄ２Ｄ多播通信??在Ｄ２Ｄ單播通信中，Ｄ２Ｄ發(fā)送節(jié)點一次僅給一個接收用戶發(fā)送信息。如果在??它覆蓋范圍內(nèi)有多個用戶都需要共享相同數(shù)據(jù)，該Ｄ２Ｄ發(fā)送節(jié)點需要發(fā)送多次才??能完成對多個Ｄ２Ｄ接收用戶的數(shù)據(jù)傳輸。這些數(shù)據(jù)內(nèi)容相同，需求巧戶都在Ｄ２Ｄ??發(fā)送節(jié)點的可覆蓋范圍內(nèi)，可考慮將Ｄ２Ｄ通信技術(shù)結(jié)合多播技術(shù)。Ｄ２Ｄ多播通??１２??

基站到用戶的中維?用戶到用戶的中繼??圖２－２?Ｄ２Ｄ單播通信??用戶到用戶的直接傳輸指的是兩個Ｄ２Ｄ用戶建立起Ｄ２Ｄ鏈接，通過Ｄ２Ｄ傳輸??方式直接進行數(shù)據(jù)傳輸。??當ＵＥ作為網(wǎng)絡(luò)到用戶的中繼時，該ＵＥ位于Ｅ－ＵＴＲＡＮ的覆蓋范圍之內(nèi)。該??ＵＥ與演進型Ｎｏｄｅ?Ｂ?（ｅＮＢ）之間通過網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施通信，同時通過Ｄ２Ｄ通信方式與??覆蓋范圍之外的ＵＥ之間進行通信。這種方式擴大了系統(tǒng)的覆蓋范圍使得在基站覆??蓋范圍１＾外的ＵＥ能夠與基站之間建立通信。??兩個用戶之間無法直接進行通信時，可Ｗ借助另外一個能夠與雙方都能進行通??信的ＵＥ中繼。ＵＥ接收一個用戶的信息，并將這些信息轉(zhuǎn)發(fā)給另外一個用戶。完??成Ｄ２Ｄ中繼通信過程。??２丄２．２?Ｄ２Ｄ多播通信方式??Ｄ２Ｄ多播通信方式指的是＆?Ｄ２Ｄ通信方式下建立起來的多播鏈接。??／＇?廣？＾１、＼??？、．．山占一＇??圖２－３?Ｄ２Ｄ多播通信??在Ｄ２Ｄ單播通信中，Ｄ２Ｄ發(fā)送節(jié)點一次僅給一個接收用戶發(fā)送信息。如果在??它覆蓋范圍內(nèi)有多個用戶都需要共享相同數(shù)據(jù)，該Ｄ２Ｄ發(fā)送節(jié)點需要發(fā)送多次才??能完成對多個Ｄ２Ｄ接收用戶的數(shù)據(jù)傳輸。這些數(shù)據(jù)內(nèi)容相同

本文編號：2846163