設(shè)備到設(shè)備(D2D)通信系統(tǒng)效率的研究.pdf

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

2、對較小，因此，使用D2D通信技術(shù)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(shù)工作在蜂窩網(wǎng)絡(luò)的許可頻段，可以復(fù)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(wǎng)絡(luò)引入中繼技術(shù)，不僅能夠提高蜂窩網(wǎng)絡(luò)的可靠性，同時能夠擴(kuò)大蜂窩網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。因此，D2D通信技術(shù)具有較高的理論研究價值和實際應(yīng)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(xiàn)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(shù)在傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)和D2D通信中的應(yīng)用。
　　首先，本文研究了蜂窩網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)下，當(dāng)蜂窩用戶接入蜂窩網(wǎng)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(jìn)入該網(wǎng)絡(luò)時，則不能再使用該資源塊，直到該資源塊被釋放。在此基礎(chǔ)上，本文研究了在蜂窩網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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(biāo)，是在滿足蜂窩用戶需求的基礎(chǔ)上，使D2D通信用戶速率達(dá)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(jī)資源分配方案進(jìn)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(wǎng)絡(luò)中的SWIPT技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)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(shù)據(jù)信息給中繼，中繼經(jīng)過預(yù)編碼之后將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)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(yù)編碼方案，分別對數(shù)據(jù)信息和能量信息進(jìn)行預(yù)編碼。通過二分法迭代的方式獲得最優(yōu)的預(yù)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(wǎng)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(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的D2D中繼用戶、以及兩個蜂窩網(wǎng)覆蓋范圍外的D2D用戶。由于D2D用戶位于蜂窩網(wǎng)覆蓋之外，不能與基站進(jìn)行直接通信，因此通過D2D中繼用戶，將來自基站的信息轉(zhuǎn)發(fā)給蜂窩網(wǎng)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