蜂窝系统中D2D通信的能效分析

发布时间：2017-06-13 11:06

  本文关键词：蜂窝系统中D2D通信的能效分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着无线通信技术的飞速发展,尤其是智能手机的普及,吸引了越来越多的移动用户。如何在有限的频谱资源下提高频谱利用率,支持更高传输速率、更高可靠性和更高服务质量的通信网络成为未来无线通信一个重要的研究课题。同时,随着全球环境问题的影响越来越严重,绿色通信也需要得到越来越多的重视,如何以最低的功率损耗获得最大的吞吐量(即提高能效)也是我们面临的一个重大问题。短距离内直接通信可以有效地提高系统的频谱效率,其中设备对设备(D2D)的通信是短距离内直接通信的一个经典案例。尽管D2D通信可以有效地提高频谱效率降低功率损耗,但是D2D用户需要和小区用户共享频谱资源,这将导致D2D用户和小区用户之间存在严重的同频干扰(CCI)。如果在多小区环境下,小区间的干扰也是不可避免的,尤其是小区边缘区域用户的干扰会造成系统的吞吐量下降,从而使系统的能效降低。因此,本文将主要针对干扰的问题,提出解决方案以提高系统的能效。本文的主要内容将是在蜂窝网络的D2D通信中,协调D2D用户和小区用户的CCI,以提高系统的吞吐量,从而提高系统的性能。首先,本文将介绍蜂窝系统下D2D通信的基本工作原理以及单小区蜂窝系统中D2D用户在三种不同的工作模式下的能效分析。在单小区蜂窝系统中,由于D2D用户和小区用户共享频谱资源而导致的CCI问题,可以采用功率分配机制协调D2D用户和小区用户之间的干扰的方式进行解决。由于D2D用户和小区用户的功率变化会影响彼此的能效,这是一个非独立的事件。因此有必要联合分析功率分配和整个系统的能效问题。因此,针对该联合优化问题本论文将采用非合作博弈理论,寻找纳什均衡点,使得D2D用户和小区用户分别达到最优,从而提高系统的整体的能效。在多小区蜂窝系统中,存在严重的小区间干扰。采用部分频谱复用(FFR)可以减小小区间干扰,但是采用该方法也有一个弊端,那就是小区边缘区域会受到很大的干扰。针对这问题,本论文将提出一种小区边缘区域的D2D通信的功率分配方案。在该方案中,小区边缘区域的D2D用户分别复用本小区分配给小区内部区域和小区外部区域的小区用户的频谱资源来有效地避免小区间的干扰,同时BS将利用已知的本小区信道状态信息(CSI)并结合小区边缘D2D用户和小区用户间干扰的特点,采用非合作博弈的思想,使小区用户和D2D用户分别达到能效的最优化,从而提高系统的整体能效。本论文同时也考虑了针对单小区中一个小区用户和多对D2D用户之间共享频谱资源的情况。在这种环境中优化系统的能效时,不仅要优化整体的能效,也必须保证能效最低的用户的能效保持在一定的水平上,即所有用户能效的差别不能特别大。因此,本文将提出一种能效公平性优化算法,在保证用户能效的差别小于某一阈值的前提下,使系统的能效最大化。
【关键词】：蜂窝系统 D2D通信 频谱资源 能量效率 功率分配
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.53
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 英文缩写对照表12-13
• 符号说明13-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 蜂窝系统中D2D通信的研究现状15-18
• 1.3 本文的结构安排18-19
• 第二章 蜂窝系统中D2D通信的基本工作原理及能效分析19-30
• 2.1 蜂窝系统中D2D通信的基本工作原理19-22
• 2.1.1 蜂窝系统中D2D通信的简介19-21
• 2.1.2 蜂窝系统中D2D通信的关键技术21-22
• 2.2 简单蜂窝系统中D2D通信能效的研究22-27
• 2.2.1 系统模型22-23
• 2.2.2 能效分析23-27
• 2.3 仿真结果与分析27-29
• 2.3.1 仿真场景的设置27-28
• 2.3.2 仿真结果28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 多小区单用户场景下小区边缘用户的能效分析30-43
• 3.1 系统模型30-33
• 3.2 两种功率分配场景下的能效分析33-37
• 3.2.1 小区边缘的D2D用户和小区内部区域的小区用户共享频谱资源33-35
• 3.2.2 小区边缘的D2D用户和小区外部区域的小区用户共享频谱资源35-37
• 3.3 仿真结果与分析37-42
• 3.3.1 小区边缘的D2D用户和小区内部区域的小区用户共享频谱资源37-40
• 3.3.2 小区边缘的D2D用户和小区外部区域的小区用户共享频谱资源40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 单小区多用户D2D通信的能效分析43-55
• 4.1 系统模型43-45
• 4.2 能效分析45-51
• 4.2.1 问题描述45-48
• 4.2.2 算法分析48-51
• 4.3 仿真结果与分析51-54
• 4.3.1 仿真场景的设置51-52
• 4.3.2 仿真结果52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 总结展望55-57
• 参考文献57-63
• 致谢63-64
• 攻读学位期间发表的论文64-65
• 附件65

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