移动蜂窝网络中D2D通信资源分配算法研究

发布时间：2017-05-17 19:00

  本文关键词：移动蜂窝网络中D2D通信资源分配算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着移动互联网的迅猛发展,越来越多的移动设备出现在日常生活中,人们对数据流量的需求日渐增加。然而,移动通信的无线频谱资源是有限的,我们当前面临着严重的频谱匮乏问题,提高频谱资源利用率已成为无线资源管理中的一个重要研究课题。为了解决这一问题,人们提出了蜂窝网络中D2D(Device-to-device)通信的概念。大量研究结果表明,蜂窝网络中D2D通信可以增大系统容量、提升频谱资源利用率和减小小区基站(BS, Base Station)的负载。然而,这也会造成蜂窝通信链路与D2D通信链路之间的相互干扰。因此,设计高效的D2D通信资源分配算法成为蜂窝网络D2D通信研究中的一个重要内容。本硕士学位论文研究蜂窝网络中D2D通信的无线频谱资源分配问题。针对不同的网络场景与应用情况,论文提出了三种不同的D2D通信频谱资源分配算法,即系统容量最大化的资源分配算法CORAL、综合考虑系统容量与系统公平性的资源分配算法ACORAL、基于图论着色原理的资源分配算法GOAL。论文首先提出了一种系统容量最大化的资源分配算法CORAL。该算法考虑的是一种一般性的单小区场景,即系统内的所有移动用户都随机分布在小区内,且蜂窝用户数目远大于D2D通信对数目。为了最大化系统容量,CORAL算法首先针对每个D2D通信对引入了CORE区域的概念,以确定每个D2D通信对可进行资源共享的候选蜂窝用户集。而后,CORAL算法基于每个D2D通信对的CORE区域采用了创新的两步分配法,它不仅能够保证每个D2D通信对能够分配到至少一个蜂窝用户的频谱资源,同时还能够降低系统的开销、减小两种通信链路之间的干扰并增大系统容量。仿真结果表明,与传统的随机资源分配算法相比,CORAL算法能够获得更大的系统容量与更小的蜂窝用户容量损失；同时,与贪婪资源分配算法相比,CORAL算法能够通过牺牲较小的系统容量获得很小的蜂窝用户容量损失。针对CORAL算法在移动用户分布不均匀时具有较差的公平性问题,论文进一步提出了综合考虑系统容量与公平性的CORAL改进算法ACORAL。与CORAL算法相同,该算法也采用两步分配法;而与CORAL算法不同的是,ACORAL算法为系统中的每个D2D通信对设置可共享的最大蜂窝用户频谱资源数目阈值,以提升其公平性。仿真结果表明,不管在移动用户分布均匀还是不均匀的场景下,与CORAL算法相比,ACORAL算法都是以牺牲系统容量为代价来换取较好的公平性,而在移动用户分布不均匀的场景下,ACORAL算法相比于CORAL算法表现出来更大的优势。此外,考虑到一种较为特殊的单小区场景,即系统内的D2D通信对数目大于蜂窝用户数的场景,论文提出了一种基于图论着色原理的资源分配算法GOAL。该算法首先根据实际拓扑建立起一个图,其中将系统中的D2D通信对视为顶点,将系统中的蜂窝用户视为颜色。然后提出了D2D通信对之间的干扰可忽略距离(INS, Interference Negligible Distance)与针对每个蜂窝用户的基于信干比(SIR, Signal to Interference Ratio)的限制区域(SLA, SIR-based Limited Area)的概念,以确定出可以共享相同蜂窝用户频谱资源的D2D通信对集合与不能和特定蜂窝用户共享频谱资源的D2D通信对集合。仿真结果表明,与传统的随机资源分配方法相比,GOAL算法可以大幅度增大系统容量与提高频谱资源利用率。
【关键词】：D2D通信 资源分配 系统容量 公平性 图论着色 蜂窝网络
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.53
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 论文的主要工作13-14
• 1.4 论文的章节安排14-16
• 第二章 蜂窝网络中D2D通信概述16-26
• 2.1 D2D通信的概念与关键技术16-19
• 2.2 D2D通信的会话建立流程19-20
• 2.3 D2D通信与蜂窝通信的无线资源使用模式20-22
• 2.3.1 D2D通信无线资源专用模式20
• 2.3.2 D2D通信无线资源共享模式20-22
• 2.3.3 D2D通信无线资源专用与共享模式比较22
• 2.4 D2D通信的应用与优缺点22-23
• 2.5 本章小节23-26
• 第三章 系统容量最大化的资源分配算法CORAL26-40
• 3.1 引言26
• 3.2 系统模型与信道模型26-29
• 3.3 CORAL算法建模29-31
• 3.4 系统容量增益导向的限制区域CORE31-32
• 3.5 CORAL算法描述32-34
• 3.6 性能评估34-37
• 3.6.1 仿真场景及参数设定35
• 3.6.2 仿真结果与性能分析35-37
• 3.7 本章小结37-40
• 第四章 综合考虑系统容量与公平性的资源分配算法40-50
• 4.1 引言40-41
• 4.2 ACORAL算法思想41-43
• 4.3 ACORAL算法描述43-44
• 4.4 性能评价44-48
• 4.4.1 仿真场景及参数设定45
• 4.4.2 仿真结果及性能分析45-48
• 4.5 本章小结48-50
• 第五章 基于图论着色原理的资源分配算法GOAL50-64
• 5.1 引言50
• 5.2 系统模型与信道模型50-53
• 5.3 GOAL算法描述53-58
• 5.3.1 图的建立53-54
• 5.3.2 干扰可忽略距离INS54-55
• 5.3.3 基于信干比的限制区域SLA55-56
• 5.3.4 GOAL算法56-58
• 5.4 性能评价58-63
• 5.4.1 仿真场景及参数设定59-60
• 5.4.2 仿真结果及性能分析60-63
• 5.5 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 硕士期间发表论文及参与科研项目66-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-73

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