設備到設備(D2D)通信系統(tǒng)效率的研究.pdf

1、近百年來，通信的目標始終圍繞著如何在有限的頻譜資源內，實現高速、可靠的通信傳輸而展開，但是隨著多媒體技術的快速發(fā)展，移動端用戶對帶寬的需求越來越大，當前的網絡已經難以支持豐富多彩的多媒體移動應用。下一代蜂窩系統(tǒng)需要考慮非傳統(tǒng)的通信來滿足數據速率和系統(tǒng)容量的增長。設備到設備(D2D，Device-to-Device)通信是指兩個或多個設備之間不經過基站，而進行直接通信的技術。通常情況下，D2D通信用戶之間的距離較近，相關用戶的發(fā)送功率也相

2、對較小，因此，使用D2D通信技術在一定程度上可以延長D2D用戶的電池壽命。此外，D2D通信技術工作在蜂窩網絡的許可頻段，可以復用蜂窩系統(tǒng)的資源，從而提高整個蜂窩系統(tǒng)的資源利用率。在D2D通信網絡引入中繼技術，不僅能夠提高蜂窩網絡的可靠性，同時能夠擴大蜂窩網絡的覆蓋范圍。因此，D2D通信技術具有較高的理論研究價值和實際應用意義。
　　本文研究了蜂窩用戶和D2D用戶之間的資源分配問題、在蜂窩系統(tǒng)中引入D2D通信之后對蜂窩用戶和蜂窩系統(tǒng)

3、性能的影響、以及現代無線通信中的研究熱點問題——無線信息和能量的同時傳輸(SWIPT，Simultaneous wireless information and power transfer)技術在傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)和D2D通信中的應用。
　　首先，本文研究了蜂窩網絡覆蓋下蜂窩用戶和D2D用戶之間的資源分配問題。具體地，在傳統(tǒng)蜂窩網絡下，當蜂窩用戶接入蜂窩網時，計算出蜂窩用戶在所有資源塊上的速率，并使用使其獲得最大速率的資源塊。同時其他

4、蜂窩用戶再進入該網絡時，則不能再使用該資源塊，直到該資源塊被釋放。在此基礎上，本文研究了在蜂窩網絡中引入D2D通信之后的資源分配問題，D2D用戶之間采用博弈論中合作博弈的理論方法與蜂窩用戶進行資源爭奪。在蜂窩通信中，由于蜂窩用戶相比D2D用戶有更高的優(yōu)先級，因此本文的優(yōu)化目標，是在滿足蜂窩用戶需求的基礎上，使D2D通信用戶速率達到最大化。本文通過系統(tǒng)仿真驗證了所提出方案的有效性，并與隨機資源分配方案進行對比，具有更高的系統(tǒng)總速率。

5、>　　其次，本文對傳統(tǒng)蜂窩網絡中的SWIPT技術的應用進行了研究。在該系統(tǒng)模型中包含基站、多個單天線的中繼以及單個蜂窩用戶。首先，基站發(fā)送數據信息給中繼，中繼經過預編碼之后將數據信息轉發(fā)給蜂窩用戶。與此同時，為了滿足蜂窩用戶的能量需求，中繼將發(fā)送能量信息給蜂窩用戶。本文考慮了中繼和蜂窩用戶之間信道估計誤差，提出了一種具有魯棒性的中繼預編碼方案，分別對數據信息和能量信息進行預編碼。通過二分法迭代的方式獲得最優(yōu)的預編碼矩陣，并通過仿真驗證所

6、提方案的有效性。
　　此外，本文研究了在蜂窩網部分覆蓋下的D2D通信中的SWIPT問題。該系統(tǒng)模型包含一個基站、多個蜂窩網覆蓋范圍內的D2D中繼用戶、以及兩個蜂窩網覆蓋范圍外的D2D用戶。由于D2D用戶位于蜂窩網覆蓋之外，不能與基站進行直接通信，因此通過D2D中繼用戶，將來自基站的信息轉發(fā)給蜂窩網覆蓋之外的D2D通信用戶。同時D2D通信用戶可以獲得來自D2D通信中繼的能量信息。此外，除了考慮D2D中繼用戶和D2D通信用戶之間的信道