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D2D能量与能效技术研究

发布时间:2019-05-07 00:27
【摘要】:近年来,随着移动通信能耗日益加剧、频谱资源持续紧张,D2D(Device-to-Device)通信由于其能提高频谱利用率和减少能耗、增加系统能效的特点,受到了越来越多的关注。但是因为出现时间较短,D2D技术研究还有很多要完善的方面。本文针对D2D技术减少用户功率消耗、提高系统能效的优点进行研究。本文首先对D2D技术进行了简明扼要的介绍,并分析了课题研究的背景,指出了随着能耗问题的突出,能效研究正日益成为研究的热点。接着本文分析了D2D在正交、非正交和蜂窝三种模式下的能效性能,利用能效函数的拟凹性质和博弈论中的纳什均衡理论,对单蜂窝用户和单D2D用户的能效性能做了分析,并在不同的距离上分析了D2D通信的功耗。在多蜂窝用户和多D2D用户的场景下,本文分析了结合频谱资源分配、求解用户最佳的发射功率的方法;并从单个D2D用户的角度出发,利用凸优化方法对复用相同频率的D2D用户的发射功率进行优化。这两种方法都使系统获得能效的增益。其次,在考虑减轻对蜂窝用户干扰的前提下,本文应用拉格朗日方法减小用户功耗,分析了联合分配功率和资源方法、以及分别分配功率和资源的方法。并提出了一种改进后的竞拍算法,从单个D2D用户的角度来优化工作时长。在限定了蜂窝用户和D2D用户的速率后,分别从整体和单个用户两个角度出发对用户发射功率进行优化。仿真表明改进后的方法接近了从整体进行优化的性能,且计算量相对较小。最后,利用D2D在短距离上速率较快、消耗较少发射功率的性质,将D2D用户分入不同的簇。基站将数据发给簇内某一D2D用户,并由其转发数据给同一簇内的其他D2D用户。这种方法能明显的降低用户能耗。在此基础上,本文研究了多个簇的公平性原则,使用min-max方法避免单个用户消耗过多功率,使每个簇内的D2D用户较平均的转发来自基站的数据,同时达到优化能量和公平性的目的。在考虑公平性后,尽管系统消耗的功率会增加,但却避免了单个用户消耗过多功率的问题。
[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.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TN929.5

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本文编号:2470617

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