基于蜂窝网和NOMA的D2D通信资源分配算法研究

发布时间：2020-05-09 14:58

【摘要】：近年来人们对无线移动数据流量的需求呈指数上升,但是由于基础设施部署的局限性、频谱资源短缺等因素,移动通信网面临着严峻的考验,其中最主要问题是更大的容量和更多的连接用户需求。本文面向5G的需求和应用场景,考虑连接用户数、系统吞吐量等多方面要求,研究了基于蜂窝网和NOMA的D2D资源分配方案。本文主要工作如下:首先,阐述了NOMA技术以及D2D通信的研究背景与意义,并分别针对NOMA技术和D2D技术做了国内外研究现状分析。简单介绍了NOMA的系统模型、基本原理、用到的关键技术、NOMA技术的应用场景及挑战。概述了D2D技术的基本概念、设备的发现机制、资源分配方式、模式选择。接着,在蜂窝网络中引入D2D技术用户来提高频谱利用率和系统的整体通信容量,考虑到复用蜂窝网络频谱资源带来的干扰问题,通过建立通信系统模型研究系统的线性规划问题,提出一种资源分配算法来分配通信资源,先通过遍历D2D对用户与蜂窝用户之间的干扰矩阵找到最小干扰值,分配复用资源给满足条件D2D对用户,复用资源分配完成后为剩余的D2D对用户分配专用通信资源。仿真结果表明,所提算法在降低算法复杂度的基础上显著地减小了D2D对用户对蜂窝用户的干扰,且能够极大程度地增加D2D对用户的数量。最后,将NOMA技术和D2D技术相结合,考虑蜂窝系统频谱利用率和系统整体通信容量的问题,建立了基于NOMA技术的D2D用户组通信模型。基于所考虑的模型,以蜂窝网络系统总速率最大为优化目标,先利用加权二部图算法提出一种有效的资源分配方案,然后将功率分配因子转为未知量为每个D2D用户组进行功率分配。仿真结果表明,提出的方案能够很大程度增加D2D用户组数量、提高蜂窝系统总速率。
【图文】：

贪心算法,阈值,对数,算法

路径损耗模型/dB噪声功率谱密度/(dBm/Hz)D2D 对用户的 SINR 阈值/dB蜂窝用户的 SINR 阈值/dBD2D 对用户之间最大距离/m仿真次数128.1+37.6lg(d)-1281.82.65010000果分析算法、贪心算法、随机算法进行仿真，，仿真结果见图 3.7、图基站干扰阈值与系统允许通信的 D2D 对数之间的关系。可以大，允许通信的 D2D 对数也逐渐增加。当基站干扰阈值达到许最大值。

算法,干扰图,干扰值,阈值

图 3.8 不同算法下平均每对 D2D 造成的干扰了不同算法下基站干扰阈值与平均每对 D2D 用户造成干扰之间的2D 对用户产生的干扰值随着基站干扰值的增大而增大。因为随着用户的发射功率也在增大，从而造成的干扰也增大。从图中观察-120dBm 时，所提算法中每个 D2D 对用户产生的干扰不再增大。 D2D 对数在基站干扰阈值达到-120dBm 时达到最大，之后尽管基2D 对数却不再增加，所以造成的干扰值是固定的不再增加。在基贪心算法的干扰值达到稳定状态。随机算法产生的干扰值一直在分配通信资源，D2D 对用户和蜂窝用户随机获取通信资源，这导产生的干扰无法达到一个稳定状态，因而干扰值一直在增加。通的算法造成的干扰明显比其他两种算法低。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5

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