面向无线蜂窝网络的D2D通信资源分配方法研究

发布时间：2017-05-18 19:05

  本文关键词：面向无线蜂窝网络的D2D通信资源分配方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着无线通信的发展,本地通信对数据传输速率的要求不断提高。由于无线蜂窝网络频谱资源逐渐匮乏,最大限度地提高蜂窝网络中的频谱利用率已经成为必然趋势。设备与设备(Device-to-Device, D2D)通信技术允许用户通过共享小区资源直接进行通信,在一定程度上可以解决无线蜂窝网络频谱匮乏的问题。在无线蜂窝网络环境下实现D2D通信所面临的一个关键问题是如何高效地分配无线频谱资源,降低小区内的干扰,提高小区的无线资源利用率和系统吞吐量。本硕士学位论文在研究D2D通信技术的背景、现状和难点的基础上,针对无线蜂窝网络不同场景下的D2D通信资源分配问题,对D2D通信资源分配算法进行了深入研究,取得了一些具有一定创新性的研究成果。首先,考虑到实际系统中不同的D2D用户对通常有着不同的业务速率需求,传统的资源分配算法无法提供满意的D2D通信服务质量。因此,论文提出了一种基于业务速率需求感知的D2D通信资源分配算法。该算法将资源分配过程划分为两个阶段：按需分配阶段和二次分配阶段。按需分配阶段的主要目标是满足D2D用户的基本业务速率需求,先根据用户的信道增益信息,获得满足每个D2D用户对业务速率需求时所需资源共享的最小蜂窝用户个数,再根据吞吐量增量降序排列的结果,选取排列在前面的蜂窝用户资源分配给D2D用户对；二次分配阶段的主要目标是充分利用小区中的蜂窝用户资源,根据定义的目标评价函数为剩余的蜂窝用户选择较优的D2D用户对与之共享资源。仿真结果表明,该算法不仅能有效提高D2D通信的在业务速率方面的服务质量,同时在提升系统吞吐量和减轻干扰方面也具有较好的性能。然后,考虑到在移动用户密集分布时,小区中可能存在大量需要D2D通信的用户,而现有的D2D通信资源分配算法通常无法支持小区中大量的D2D用户通信。因此,论文提出了一种基于时分调度的D2D通信资源分配算法,创新地将时分调度的思想运用到D2D通信的资源分配中。该算法的资源分配过程包含两个部分：每个时隙上的D2D用户对分配和每个时隙上的资源块(Resource Block, RB)分配。在每个时隙上的D2D用户对分配时,根据负载均衡准则和位置分散准则,将大量的D2D用户对分散到不同的时隙上；在每个时隙上的RB分配时,考虑D2D用户的最低数据速率需求,在尽量满足D2D用户速率需求的基础上提高系统的吞吐量。仿真结果表明,该算法能够支持D2D用户较多的场景,有效地提高D2D通信的在业务速率方面的服务质量,同时可以获得系统吞吐量的提升。最后,考虑到采用基于时分调度的D2D通信资源分配算法时,基站每隔一个调度周期就要对小区中的D2D通信进行一次资源调度,且需要不断地调整时隙划分策略。因此,为了降低基站的负载,论文针对D2D用户较多的场景,进一步提出了一种基于自适应时分调度的D2D通信资源分配算法。该算法的基本思想是将时分调度策略运用到一段无帧边界的时间上,D2D用户对以一定的优先级次序接入划分后的时隙与蜂窝用户共享资源。同时,将比例公平算法应用到自适应时分调度中,并结合D2D通信资源分配的特点,在经典比例公平算法的基础上,提出了一种改进型比例公平算法。所改进的比例公平算法能够根据当前D2D用户对的调度优先级来自适应地确定在当前时隙上需要调度的D2D用户对。仿真结果表明,该算法能够支持小区中D2D用户较多的场景,即增加小区的D2D用户容量,同时也能够提高小区中平均D2D用户速率满意度和D2D通信资源分配的公平性,并获得较高的系统吞吐量增量。
【关键词】：蜂窝网络 D2D通信 资源分配 需求感知 时分调度
【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4-5
• Abstract5-9
• 缩略语9-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意义11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 论文主要研究工作和章节安排13-16
• 第二章 无线蜂窝网络中的D2D通信技术16-26
• 2.1 D2D通信概述16-20
• 2.1.1 D2D通信的定义16
• 2.1.2 D2D通信的工作原理16-18
• 2.1.3 D2D通信的特点18-20
• 2.2 D2D通信资源分配20-24
• 2.2.1 资源共享模式20-21
• 2.2.2 非正交资源共享模式分析21-23
• 2.2.3 系统时频资源结构23-24
• 2.2.4 信道增益分析24
• 2.3 本章小结24-26
• 第三章 基于业务速率需求感知的D2D通信资源分配算法26-40
• 3.1 研究目的与意义26
• 3.2 系统模型26-29
• 3.2.1 场景与基本假设26-27
• 3.2.2 问题分析27-28
• 3.2.3 问题描述28-29
• 3.3 基于业务速率需求感知的资源分配算法29-33
• 3.3.0 基本思想29-30
• 3.3.1 按需分配阶段30-31
• 3.3.2 二次分配阶段31-33
• 3.4 仿真结果与性能分析33-39
• 3.4.1 D2D通信满意度34-35
• 3.4.2 系统吞吐量35-37
• 3.4.3 蜂窝用户速率减少总量37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 基于时分调度的D2D通信资源分配算法40-54
• 4.1 研究目的与意义40
• 4.2 系统模型40-44
• 4.2.1 场景与基本假设40-42
• 4.2.2 问题分析42-43
• 4.2.3 问题描述43-44
• 4.3 基于时分调度的资源分配算法44-48
• 4.3.1 基本思想44-45
• 4.3.2 每个时隙上的D2D用户对分配45-46
• 4.3.3 每个时隙上的资源块分配46-48
• 4.4 仿真结果与性能分析48-53
• 4.4.1 D2D通信满意度49-51
• 4.4.2 系统吞吐量51-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 基于自适应时分调度的D2D通信资源分配算法54-68
• 5.1 研究目的与意义54
• 5.2 基于自适应时分调度的资源分配54-58
• 5.2.0 基本思想54-55
• 5.2.1 经典比例公平算法55-56
• 5.2.2 改进型比例公平算法56-57
• 5.2.3 资源分配步骤57-58
• 5.3 仿真结果与性能分析58-67
• 5.3.1 平均D2D用户速率满意度58-62
• 5.3.2 D2D用户容量62-63
• 5.3.3 公平性标准差63-66
• 5.3.4 系统吞吐量增量66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第六章 总结与展望68-72
• 6.1 研究成果68-69
• 6.2 进一步研究的方向69-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间的主要成果76-78
• 致谢78

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本文编号：376880