毫米波D2D通信资源分配方案研究
发布时间：2020-09-16 20:31
毫米波技术和D2D通信都是未来5G通信系统的关键技术。这两项技术进行结合,可以满足用户对于高传输速率和优良用户体验的需求。然而,随着用户设备数量和设备种类的急剧增加,在有限范围内会存在大量设备,这将导致复杂的干扰状况。因此,如何科学有效地表征干扰状况,并高效合理地对通信链路进行管理,以最优化系统的传输速率,降低干扰,成为了这种通信方式能否广泛应用的关键问题之一。本文基于图论和最优化理论,结合毫米波D2D通信的特性,从降低旁瓣干扰和减少天线异构的不利影响出发,研究毫米波D2D场景下的资源分配问题。具体研究内容如下:(1)首先,探讨了5G通信中亟待解决的关键性问题,总结了当前通信的现状和主要问题。指出毫米波技术和D2D通信的特点,以及两种技术相结合对于解决频谱饱和问题,卸载基站流量的重要意义。同时,总结了与毫米波D2D相关的资源分配方案,而适用于此场景的策略较少,结合毫米波技术和D2D通信的特点,指出进一步优化该场景系统性能的研究难点,并提出研究方向。(2)其次,针对毫米波D2D网络中设备高密度分布的特点,设计旁瓣干扰降低资源分配算法。通过分析毫米波的传输特性,评估毫米波的主瓣和旁瓣对系统干扰的不同影响,在克服主瓣干扰的基础上,进一步提出可降低旁瓣干扰的资源分配算法。结合毫米波的空间稀疏性,该算法引入了采用时间和空间划分的调度方案。同时,重新定义了D2D通信对并发传输的条件。一方面,通过专有区域和接收功率来判断冲突状态,而不是仅仅通过距离和角度。另一方面,对冲突矩阵的表达进行修改,引入新的数值来代表潜在的旁瓣干扰。为了量化通信对之间的干扰程度,引入了名为决策阈值的参数,它由潜在干扰功率之和与理论接收功率之比来定义。(3)最后,针对毫米波D2D网络的天线异构性,设计异构天线阵列联合资源分配算法。为了研究天线异构性对系统性能的影响,对比了现有天线增益模型,分析毫米波天线增益模型的滚降特性,筛选得到与真实场景最匹配的模型。基于此模型,将发射角度视为可以调整和分配的因子,认为可以通过牺牲目标链路的一部分的传输速率来大大减少对其他链路的干扰。对干扰图进行了优化,设计了三种属性值,用以表示网络的初始值和解集合等。随后给出时隙和传输角度联合资源分配最优化问题,旨在最大化系统总吞吐量,通过划分簇和虚拟簇的方式,在簇的内部通过贪婪算法得到局部最优解,从而得到该优化问题的近似最优解。
【学位单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：
邮电大学硕士研究生学位论文 第一章 成电路的研究进展，包括芯片上和封装内天线、射频（RF）功率放大器（PA）、低噪（LNA）、压控振荡器（VCO）、混频器和模数转换器（ADC）等都为毫米波频段的铺平了道路[4]。还有一些标准定义用于室内无线个域网（WPAN）或无线局域网（WLA ECMA387，IEEE802.15.3c，IEEE802.11ad 和 IEEE802.11ay。现在已经有研究提出小区网络下面的毫米波频带中密集地部署小小区以改善网络容量，并且这种部署已来无线通信系统十分有前景的候选方式。随着 5G 时代数百万个基站和数十亿连接现，毫米波通信系统的干扰管理或吞吐量优化成为一个需要研究的关键问题。图 1[5]中在测试平台中搭建的场景，其扩展了蜂窝设置，增加了额外的 60 GHz 链路，太网将其连接到笔记本电脑充当 eNodeB，实验证明这种传输方案可行。
京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章 相关背景知识介绍冲突模型无线网络中存在两种类型的传输冲突，即主要冲突和次要冲突。共享一个公共端节点的条链路不能被分配到同一时隙当中去，因为公共节点不能同时发送或接收两条链路的信]。如图 2.1（a-c）所示，这种情况称为主要冲突。如果接收机处于其他链路发射机的通信内，接收机将受到发射机的影响，这种情况称为二次冲突，可以描述为图 2.1（d）。
图 2.2 双向连接部署架构5G 关键技术概述首要的关键技术是增加通信带宽。现在的移动通信系统一般部署在 6 GHz 以下（大 3GHz），然而这个频段的利用率已经接近饱和，因此考虑在波长更短的波段寻找可，例如在厘米和毫米波段，而且在高频波段利于实现高量级的宽载波带宽，这可以数据传输速率。在 5G 系统中将微波频段和毫米波频段结合起来使用，使用微波频用户流量和控制平面信令，在毫米波频段承载用户流量（如图 2.2 所示）。其次，讨论位于基站的大规模天线阵列[50]。当采用了高频频段来进行传输，天线的得到有效的控制，因此可以在基站部署大规模天线阵列[51]。大规模天线阵列的优点分的利用空间进行复用，从而增加天线增益。当基站在毫米波段进行传输，通常使24 之间数量的天线。天线由以二维阵列排列的交叉极化元件组成，也可以由组成子
本文编号：2820341
【学位单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：
邮电大学硕士研究生学位论文 第一章 成电路的研究进展，包括芯片上和封装内天线、射频（RF）功率放大器（PA）、低噪（LNA）、压控振荡器（VCO）、混频器和模数转换器（ADC）等都为毫米波频段的铺平了道路[4]。还有一些标准定义用于室内无线个域网（WPAN）或无线局域网（WLA ECMA387，IEEE802.15.3c，IEEE802.11ad 和 IEEE802.11ay。现在已经有研究提出小区网络下面的毫米波频带中密集地部署小小区以改善网络容量，并且这种部署已来无线通信系统十分有前景的候选方式。随着 5G 时代数百万个基站和数十亿连接现，毫米波通信系统的干扰管理或吞吐量优化成为一个需要研究的关键问题。图 1[5]中在测试平台中搭建的场景，其扩展了蜂窝设置，增加了额外的 60 GHz 链路，太网将其连接到笔记本电脑充当 eNodeB，实验证明这种传输方案可行。
京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章 相关背景知识介绍冲突模型无线网络中存在两种类型的传输冲突，即主要冲突和次要冲突。共享一个公共端节点的条链路不能被分配到同一时隙当中去，因为公共节点不能同时发送或接收两条链路的信]。如图 2.1（a-c）所示，这种情况称为主要冲突。如果接收机处于其他链路发射机的通信内，接收机将受到发射机的影响，这种情况称为二次冲突，可以描述为图 2.1（d）。
图 2.2 双向连接部署架构5G 关键技术概述首要的关键技术是增加通信带宽。现在的移动通信系统一般部署在 6 GHz 以下（大 3GHz），然而这个频段的利用率已经接近饱和，因此考虑在波长更短的波段寻找可，例如在厘米和毫米波段，而且在高频波段利于实现高量级的宽载波带宽，这可以数据传输速率。在 5G 系统中将微波频段和毫米波频段结合起来使用，使用微波频用户流量和控制平面信令，在毫米波频段承载用户流量（如图 2.2 所示）。其次，讨论位于基站的大规模天线阵列[50]。当采用了高频频段来进行传输，天线的得到有效的控制，因此可以在基站部署大规模天线阵列[51]。大规模天线阵列的优点分的利用空间进行复用，从而增加天线增益。当基站在毫米波段进行传输，通常使24 之间数量的天线。天线由以二维阵列排列的交叉极化元件组成，也可以由组成子
【参考文献】
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1 荣涛;D2D通信技术研究[D];南京邮电大学;2013年
本文编号：2820341
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