基于无线携能技术的D2D功率控制机制研究

发布时间：2020-08-04 08:11

【摘要】：随着移动通信的飞速发展,移动通信带来的便利使其在生活中占有不可取代的地位。全球首个可商用部署的5G标准于2017年12月21日在国际电信标准组织会议上的正式发布,未来网络的移动通信性能将得到进一步提升。D2D通信(Device-to-Device Communication)作为5G通信的关键技术之一,在增强用户体验和增加频谱利用率等方面起着重要作用,然而D2D通信的引入也会带来一些负面影响。例如,当D2D用户复用蜂窝用户的频谱资源通信时,蜂窝用户和D2D用户之间会产生互相干扰,D2D用户之间也会互相形成干扰。功率控制作为协调D2D通信与蜂窝通信的关键技术,在减小干扰和提升系统性能方面起着至关重要的作用。另一方面,由于信息发送耗能和通信计算耗能很大,以及电池技术发展的滞后性,导致无线通信终端能量紧缺,因此,提高能量利用率迫在眉睫。无线携能技术(SWIPT,Simultaneous Wireless Information and Power Transfer)的提出在功率控制的基础上进一步提升能量利用率。因此,如何设计基于无线携能技术的功率控制机制十分重要。具体来说,本文的研究主要包括以下两个部分:(1)在小区中,建立D2D通信模型,针对建立的模型,利用博弈论定义D2D的效用函数,并证明其有效性和收敛性。本文证明了此博弈模型纳什均衡的存在性和唯一性,提出相应的集中式和分布式功率控制机制。数值仿真表明,所提功率控制机制能有效地提高系统性能,减小D2D通信与蜂窝通信的相互干扰。(2)在小区中,引入无线携能技术,建立相应的D2D通信模型,利用博弈论定义D2D的效用函数,并证明其有效性和收敛性。本文证明了此博弈纳什均衡的存在性和唯一性,提出相应的集中式和分布式功率控制机制。数值仿真表明,所提功率控制机制能有效地提高系统性能,减小干扰,提高系统能量利用率。本文的研究意义包含:第一,在D2D通信中,定义D2D终端补偿功率,利用博弈论得到所需功率控制机制,为D2D通信进一步发展奠定了基础;第二,在D2D通信中,将功率控制与无线携能技术结合起来,利用博弈论研究得到减小干扰并提高能量利用率的功率控制机制,为无线携能技术应用于D2D通信奠定了理论基础。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5
【图文】：

效用函数,补偿功率,博弈模型,消耗能量

以定义为博弈关系。在这个博弈模型中，可以将 D2D 用功率集合定义为 D2D 用户的策略集。据博弈论相关知识，定义博弈模型。用 = , ,i G p U2, ,n 表示博弈的参与者也就是n对 D2D 对， ip 表，并定义效用函数如下：iPi iU SINR 表示ip 对于iSINR 的综合影响系数，表示额外功率消是正数且 1。定义效用函数的关键在于兼顾补偿功率假设B 代表增益，D代表减益，那么效用函数的形式为益与功率iSINR 正相关。因此，式 3.3 定义的效用函数是

机制,功率,链路,传输功率

图 3.3 分布式机制下功率ip 随着迭代次数的增加而变化的情况析前的固定传输功率，在所提的机制中，终端的传输功率时，这里考虑了来自于其他 D2D 链路以及其他小区的固定式机制作比较是很难的，所以，可以选择与无功率补偿功率控制机制适用于基站不参与 D2D 链路功率控第i条 D2D 链路仅能接受自身的发射功率及信道增益和2D 链路的发射功率，为了去比较不同链路的功率分配： i iiiSINR hNP p N I p p h P p h

补偿功率,链路状态,迭代次数,链路

(a) 补偿功率随迭代次数增加的情况 (b) 链路状态随迭代次数增加的情况图 3.4 分布式机制下 3 条 D2D 链路随着迭代次数的增加补偿功率和链路状态变化的情况，其中在第 4 次迭代实现了收敛(a) 补偿功率随迭代次数增加的情况 (b)链路状态随迭代次数增加的情况图 3.5 分布式机制下 10 条 D2D 链路随着迭代次数的增加补偿功率和链路状态变化的情况，其中在第 5 次迭代实现了收敛

【参考文献】