蜂窝异构网络中的D2D资源共享研究

发布时间：2017-05-19 13:05

  本文关键词：蜂窝异构网络中的D2D资源共享研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着新一代移动互联网时代的到来,终端设备和应用程序的数量与日俱增,因此蜂窝网络的设计也体现出如何获得更高传输速率的需求;但与此同时,可用的频谱资源正变得越来越少。因此,众多研究者在提高频谱效率和抑制干扰这两个方向上开展了大量研究工作。蜂窝网络下的D2D(Device-to-Device)通信和飞蜂窝(femtocell)网络可以复用蜂窝网络的频谱资源,因此可以提升网络容量、提高频谱效率。然而,由此造成的严重的三层干扰也很大程度降低了系统性能,如何解决这种复杂的三层干扰问题是目前所关心的。因此,针对这种宏蜂窝/飞蜂窝/D2D网络中的上行链路资源共享问题,需要设计合适的资源共享管理机制来协调宏蜂窝系统、D2D系统和飞蜂窝系统之间的干扰。本文在调研目前D2D系统关键技术的基础上,重点研究D2D系统的无线资源管理机制,旨在解决异构网络中的无线资源共享与干扰协调问题。本文的研究内容主要包括下述几项:1.提出了一个基于最优功率分配策略和最优频谱复用数的资源共享算法。首先通过联合优化宏蜂窝用户、D2D用户和飞蜂窝用户的发射功率,使D2D通信链路的吞吐量达到最大。然后在给出最优和次优功率分配方案的同时,通过设计合适的资源共享算法,为D2D用户选择最优复用资源,使其通信链路的总吞吐量达到最大,同时考虑到绿色通信,令整个系统的总功耗尽可能小。仿真结果表明:与现有算法相比,本算法能够提高网络的吞吐量并减小了系统总功耗。2.将Stackelberg博弈模型应用于Macro/Femto/D2D异构蜂窝网络资源共享场景,提出了一个迭代有限次就达到最优均衡点的功率分配算法。首先分析了上下层用户的博弈过程,并得到了下层用户最优发送功率的数学解析式,然后提出了一个迭代的功率分配算法。仿真结果显示,本算法比现有算法更有效地提高了系统的性能。3.提出一个基于距离限制的资源分配策略,用以控制宏蜂窝、飞蜂窝和D2D之间的干扰。首先,通过干扰限制区域控制方法来保证用户的QoS。然后,为D2D和飞蜂窝用户分配合适的资源来提高系统总速率。仿真结果表明,该算法在保证蜂窝网络正常通信的同时,明显提高了蜂窝网络的传输速率,且减少了基站的控制开销。
【关键词】：蜂窝异构网络 D2D通信 飞蜂窝 上行链路资源共享 Stackelberg博弈
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.53
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题背景11-13
• 1.2 研究现状及本文的研究内容13-16
• 1.2.1 研究现状13-14
• 1.2.2 本文的研究内容14-16
• 1.3 本文结构及内容安排16-18
• 第二章 5G蜂窝异构网络中D2D的资源共享优化18-26
• 2.1 蜂窝异构网络的产生和意义18-19
• 2.2 5G蜂窝异构网络的干扰研究19-21
• 2.3 D2D通信技术的发展21-25
• 2.3.1 D2D通信技术的基本概念21-23
• 2.3.2 D2D通信系统的无线资源管理23-25
• 2.4 D2D通信技术的展望25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 基于功率控制的D2D资源共享算法26-41
• 3.1 系统模型26-27
• 3.2 问题描述27-29
• 3.3 最优功率分配方案29-32
• 3.4 次优功率分配方案32-36
• 3.5 算法流程36-38
• 3.6 仿真结果及性能分析38-40
• 3.7 本章小结40-41
• 第四章 基于STACKELBERG博弈的D2D资源共享算法41-56
• 4.1 博弈论概述41-42
• 4.2 系统模型与问题描述42-43
• 4.2.1 系统模型42-43
• 4.2.2 问题描述43
• 4.3 博弈分析43-50
• 4.3.1 两层博弈模型43-45
• 4.3.2 下层用户的博弈过程45-46
• 4.3.3 上层用户的博弈过程46-50
• 4.4 基于Stackelberg博弈的分布式算法50-51
• 4.5 仿真结果及性能分析51-54
• 4.6 本章小结54-56
• 第五章 基于位置限制的D2D资源共享算法56-69
• 5.1 系统模型56-58
• 5.2 干扰限制区域的确定58-60
• 5.3 最优资源分配策略60-61
• 5.4 仿真结果及性能分析61-64
• 5.5 基于能量效率的资源分配方案64-68
• 5.6 本章小结68-69
• 第六章 总结和展望69-71
• 参考文献71-77
• 附录 缩略词77-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文79-81

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本文编号：378758