LTE-Advanced系统中D2D通信干扰管理与资源分配研究

发布时间：2017-08-30 18:13

  本文关键词：LTE-Advanced系统中D2D通信干扰管理与资源分配研究

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【摘要】：为应对未来爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景,第五代移动通信(5G)系统应运而生。终端直通技术(D2D)作为5G的一项关键技术,可有效降低基站负载、减小终端的发射功率、降低传输时延,并提高频谱利用率。特别是在一些本地业务中,D2D通信具有其他同类技术不可比拟的优势。 在D2D与蜂窝混合网络中,由于D2D用户可以与蜂窝用户共享无线资源,D2D与蜂窝系统间的干扰不可避免。因此,研究D2D通信的无线资源管理是一项非常重要的课题。针对5G系统的愿景与新需求,本文从能效、峰值速率和新应用场景三个方面对D2D通信的干扰管理与资源分配问题进行了研究,旨在实现D2D通信的进一步增强。本文的主要贡献如下： 第一,提出了一种最大化D2D系统能效的资源分配算法。首先,分析了单条D2D链路在非协作和协作模式下的能效表达式,并证明单条D2D链路的能效主要由与它共享无线资源的蜂窝用户的位置决定；其次,由单对D2D用户拓展到多对D2D用户,提出了一种基于位置的信道复用算法。该算法将信道复用问题建模成指派问题,并利用匈牙利算法求解。最后,通过仿真表明：所提算法可有效提高D2D系统的总能效,同时满足每对D2D用户的最低速率要求。 第二,在D2D系统中引入多天线(MIMO)技术,针对基站对D2D接收端干扰较严重的问题,提出了一种基于基站下行预编码的干扰抑制策略。该策略通过在基站预编码时加入对D2D用户干扰抑制的考虑,使基站在将下行波束对准其调度的蜂窝用户的同时,在D2D用户方向上形成零陷,从而有效抑制了基站对D2D用户的干扰。此外,考虑到实际系统中基站难以获取完美信道信息,又进一步推导了信道估计误差对预编码性能的影响。最后,通过仿真表明：所提预编码策略可有效提高D2D用户的吞吐量,但这种性能增益很大程度上依赖于基站到D2D用户信道估计的准确性。 第三,对D2D辅助下的两阶段协作多播进行了研究。首先,针对大量多播用户密集分布在较小区域的场景,提出了将D2D多播用于两阶段协作多播的重传阶段,并提出一种新的重传用户选择策略；其次,重点研究了两阶段协作多播的最优时隙分配,以最大化两阶段的总资源利用效率。本文将时隙分配问题建模成优化问题,利用序列二次规划(SQP)算法求解。最后,通过仿真表明：(1)D2D辅助下的两阶段协作多播相比于传统单阶段多播,可获得更高的资源利用效率,且这种增益将随D2D多播簇到基站距离的增大而增大。(2)针对不同位置的D2D多播簇,应采用不同的两阶段时隙分配,以达到总资源利用效率的最优。
【关键词】：D2D 资源分配 能效 MIMO 协作多播
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 D2D通信技术概述10-14
• 1.1.1 D2D与蜂窝系统的资源共享方式11-12
• 1.1.2 D2D通信的控制方式12-13
• 1.1.3 D2D通信的干扰管理与资源分配13-14
• 1.2 国内外研究现状14-15
• 1.3 需求与挑战15-17
• 1.4 论文研究内容及结构安排17-18
• 第二章 最大化D2D系统能效的资源分配算法研究18-30
• 2.1 引言18-19
• 2.2 系统模型19-20
• 2.3 D2D链路能效分析20-23
• 2.3.1 非协作模式的D2D链路能效20-21
• 2.3.2 协作模式下的D2D链路能效21-23
• 2.3.3 D2D链路能效分析23
• 2.4 最大化D2D系统能效的资源分配算法23-25
• 2.4.1 问题建模23-24
• 2.4.2 算法步骤24-25
• 2.5 仿真结果及分析25-28
• 2.6 本章小结28-30
• 第三章 D2D-MIMO系统中基于预编码的干扰抑制研究30-42
• 3.1 引言30-31
• 3.2 基于Null-space的干扰抑制策略31-35
• 3.2.1 系统模型31-33
• 3.2.2 算法思想33-34
• 3.2.3 算法步骤34-35
• 3.3 算法性能理论分析35-36
• 3.3.1 D2D用户性能分析35
• 3.3.2 蜂窝用户性能分析35-36
• 3.4 信道估计误差对预编码性能的影响36-37
• 3.5 仿真结果及分析37-40
• 3.6 本章小结40-42
• 第四章 D2D协作多播场景的资源分配研究42-54
• 4.1 引言42-43
• 4.2 系统模型43-45
• 4.3 多播系统覆盖率分析45-48
• 4.3.1 单阶段多播的覆盖率45
• 4.3.2 两阶段协作多播的覆盖率45-48
• 4.4 两阶段协作多播的最优时隙分配48-50
• 4.4.1 优化问题建模48-49
• 4.4.2 问题求解49-50
• 4.5 仿真结果及分析50-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第五章 总结与展望54-56
• 5.1 全文总结及主要贡献54-55
• 5.2 对下一步研究的建议及未来研究方向55-56
• 参考文献56-62
• 致谢62-64
• 攻读硕士期间研究成果64

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本文编号：760825