D2D蜂窝通信系统中公平资源分配与调度算法研究
本文选题:终端直通 + 复用资源 ; 参考:《南京邮电大学》2017年硕士论文
【摘要】:为了满足未来移动通信中用户日益增长的数据速率和服务质量要求,3GPP将终端直通技术(Device-to-Device,D2D)作为一个关键无线技术引入第四代移动通信系统。由于终端之间不借助于基站的中继而直接短距离通信,D2D通信具有传输速率高、时延和功耗较低的优点,且D2D通信可灵活地复用蜂窝通信的无线资源。当D2D通信与蜂窝通信复用相同频谱资源时,为了协调引入D2D通信后对蜂窝通信造成的干扰,在保证用户服务质量和系统吞吐量的同时,进一步考虑系统(用户)公平性,即用户平等获得无线资源调度的机会。本文将公平性作为一个重要性能指标,对D2D通信蜂窝网络进行建模并研究D2D通信的蜂窝系统中的资源分配算法与调度算法。本文,首先分析了引入D2D通信后对系统吞吐量和系统公平性的影响,得到D2D通信与蜂窝通信在正交与非正交资源共享模式下的系统公平指数表达式。然后基于比例公平准则,为通信的用户分配调度优先级,提出了一种改进的分步调度算法,该算法结合了最佳功率控制方案以及用户最大权匹配方案,在兼顾用户的公平性和系统吞吐量的同时进行资源调度。最后基于最大最小公平准则,以最大化通信链路最小速率为目标,提出了一种快速资源分配算法对蜂窝用户和D2D用户进行公平资源分配。仿真结果表明:(1)将D2D通信引入蜂窝系统可提升系统的吞吐量,但系统公平性也会随着接入D2D用户数目增加而降低;(2)本文提出的基于比例公平算法的分步调度算法可以兼顾系统吞吐量与用户的长期公平性;(3)本文提出的快速公平资源分配算法复杂度为多项式数量级,并且能最优化正交频谱的空间复用增益。
[Abstract]:In order to meet the requirements of increasing data rate and quality of service (QoS) for future mobile communication, 3GPP introduces the Device-to-DeviceD2D technology into the fourth generation mobile communication system as a key wireless technology. Direct short distance communication (D2D) between terminals has the advantages of high transmission rate, low delay and low power consumption, and D2D communication can flexibly reuse the wireless resources of cellular communication. When D2D communication and cellular communication reuse the same spectrum resources, in order to coordinate the interference caused by the introduction of D2D communication to cellular communication, the system fairness is further considered while guaranteeing the user's quality of service and system throughput. That is, users have equal access to wireless resource scheduling. In this paper, fairness is regarded as an important performance index, and the D2D cellular network is modeled and the resource allocation algorithm and scheduling algorithm in D2D communication cellular system are studied. In this paper, the influence of D2D communication on system throughput and system fairness is analyzed, and the exponential expression of system fairness for D2D communication and cellular communication in orthogonal and non-orthogonal resource-sharing mode is obtained. Then, based on the proportional fairness criterion, an improved step-by-step scheduling algorithm is proposed, which combines the optimal power control scheme and the maximum user weight matching scheme. Resource scheduling is carried out at the same time as the fairness of users and the throughput of the system. Finally, based on the maximum minimum fairness criterion and aiming at maximizing the minimum rate of communication links, a fast resource allocation algorithm is proposed to allocate resources fairly to cellular and D2D users. The simulation results show that: (1) introducing D2D communication into cellular system can enhance the throughput of the system. However, the fairness of the system will also decrease with the increase of the number of D2D users. (2) the proposed step-by-step scheduling algorithm based on proportional fairness algorithm can balance the throughput of the system with the long-term fairness of users; (3) the fast common algorithm proposed in this paper. The complexity of the parallel resource allocation algorithm is polynomial order. And the spatial multiplexing gain of orthogonal spectrum can be optimized.
【学位授予单位】:南京邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN929.5
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,本文编号:2094062
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