下含D2D蜂窝网资源分配方法研究

发布时间：2020-06-19 00:08

【摘要】：下含D2D蜂窝网(DUCN)是一种新型的网络架构。简单而言,是将端到端直接通信技术(D2D)引入蜂窝网,通过信道复用,为蜂窝(CE)链路和D2D链路统筹分配授权频段资源。这样,一方面,提高了频谱使用效率,另一方面迎合了物联网(IoT)等技术引发的本地通信需求剧增的移动互联网发展趋势。针对DUCN开展有效的资源分配算法研究,不仅可以有效控制同道干扰水平,而且能提升网络多种性能。移动通信网频带持续增宽、速率持续增加的发展特点,与有限的频谱资源之间的矛盾,决定了蜂窝小区用户密度持续增加的客观规律。因此,本文重点研究了DUCN密集用户蜂窝小区的资源分配问题。1.提出一种基于二部超图的信道分配算法。针对多条链路可以复用同信道的应用场景,首先将资源分配问题归结为以最大化系统和速率为优化目标的整数规划问题。为求解该NP-hard问题,首先引出二部超图的概念,其次建立二部超图边的感知比较构造法则,最后提出基于二部超图的链路匹配算法。仿真结果表明,与二部图算法相比,所提算法在同等条件下可实现系统频谱效率提升40b/s/Hz左右,系统容量提升0.5倍左右。2.针对最多允许一条CE链路和一条D2D链路同时共占信道的应用场景,基于有向加权二部图设计一种低复杂度的信道分配算法。首先将以最大化系统和速率为优化目标的资源分配问题归结为整数规划问题。考虑到干扰是决定两条链路能否共用信道的决定因素,将最优化问题转化为以最小化干扰链路信道增益为目标的问题。该问题可看作“一对一双向偏好”最优匹配问题。为求解该问题,引出有向加权二部图及相关概念,相应地对所求问题进行“一次建模、两步转化”,最终转化成了可用加权二部图求解的形式。为了降低寻找最优匹配的难度,提出一种贪婪算法,该算法复杂度仅为O(n)。仿真表明,与加权二部图算法相比,所提算法不仅复杂度下降两个数量级,而且在一定范围内实现的系统吞吐量与容量等性能比加权二部图算法略优。3.研究了以共道链路间传输速率公平性为目标的功率控制问题。首先将建立的系统模型归结为以系统和速率最大化为目标的联合优化问题。为了降低求解该问题的难度,将问题解耦为信道分配和功率控制两个子问题。在假设已得到最优链路匹配集合的基础上,重点研究功率控制问题,分别得出基于公平性原理的最佳发射功率的闭式解、基于系统吞吐量最大化的最佳发射功率的有限搜索域,以及满足公平性前提下基于系统吞吐量最大化的最佳发射功率的有限搜索域。仿真结果表明,所得结论有助于提升共道链路传输速率的公平性。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5
【图文】：

D2D会话建立与释

DUCN同道干扰关系图

【参考文献】

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本文编号：2720023