D2D通信的模式選擇算法和聯(lián)合切換技術(shù)的研究.pdf

1、大數(shù)據(jù)和智能終端的迅猛發(fā)展，使得通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)量呈爆炸式的增長(zhǎng)。人們對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量、速率、時(shí)延等要求越來越高。5G標(biāo)準(zhǔn)組織（如5GPPP）對(duì)5G移動(dòng)通信系統(tǒng)提出了一系列性能指標(biāo)要求，要求5G的系統(tǒng)容量是當(dāng)前LTE網(wǎng)絡(luò)的1000倍，同時(shí)還要保證高可靠、低時(shí)延的數(shù)據(jù)傳輸。為了達(dá)到這一嚴(yán)苛的性能指標(biāo)，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界提出了新型多址接入技術(shù)、密集組網(wǎng)、大規(guī)模MIMO、小區(qū)網(wǎng)絡(luò)虛擬化以及D2D(Device-to-Device)等關(guān)鍵技術(shù)，

2、本文所研究的D2D通信技術(shù)是其中關(guān)鍵技術(shù)之一。D2D通信技術(shù)是指蜂窩設(shè)備在基站的控制下，在授權(quán)的頻段中進(jìn)行數(shù)據(jù)的直接傳輸。由于數(shù)據(jù)不需要經(jīng)過基站轉(zhuǎn)發(fā)，D2D技術(shù)能夠減輕基站負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)基站負(fù)載分流。此外，它還具有頻譜效率高、設(shè)備功耗低、干擾可控等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文首先研究了D2D的模式選擇問題。由于具有移動(dòng)性的特征，D2D設(shè)備的通信鏈路質(zhì)量隨時(shí)都在變化，根據(jù)通信鏈路質(zhì)量選擇D2D設(shè)備的通信模式能夠提高通信質(zhì)量，改善用戶體驗(yàn)。本文主要討

3、論D2D設(shè)備在三種通信模式下的模式選擇算法，包括直接傳輸模式、傳統(tǒng)蜂窩模式以及D2D設(shè)備中繼轉(zhuǎn)發(fā)模式，并將演化博弈論的思想引入其中，提出了一種設(shè)備控制的D2D分布式模式選擇算法，并設(shè)計(jì)吞吐量和傳輸功率聯(lián)合考慮的效用函數(shù)，以最大化效用函數(shù)為目標(biāo)對(duì)設(shè)備傳輸功率進(jìn)行優(yōu)化。仿真結(jié)果表明，所提算法能夠通過博弈實(shí)現(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中所有D2D設(shè)備效用值的均衡，同時(shí)通過對(duì)設(shè)備的傳輸功率進(jìn)行優(yōu)化，提高了網(wǎng)絡(luò)能效。
　　本文還研究了基于速度感知和D2D簇的

4、設(shè)備聯(lián)合切換算法。5G提出了蜂窩網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)融合的趨勢(shì):未來將會(huì)有大量的終端設(shè)備（包括傳感器、智能終端等）接入到蜂窩網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。在設(shè)備密集分布的小區(qū)邊緣，特別是交通擁堵的高峰時(shí)段，將會(huì)出現(xiàn)大量設(shè)備集體切換的現(xiàn)象，此時(shí)集體切換產(chǎn)生的信令風(fēng)暴可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的切換時(shí)延提高，造成設(shè)備通信中斷，影響用戶的體驗(yàn)。為此，本文將D2D的多播通信技術(shù)應(yīng)用在蜂窩設(shè)備的小區(qū)切換當(dāng)中，結(jié)合速度感知技術(shù)，提出了一種在高速密集場(chǎng)景下蜂窩設(shè)備的聯(lián)合切換策略。仿真結(jié)果表

5、明所提算法能夠顯著降低高速場(chǎng)景下大量設(shè)備同時(shí)進(jìn)行切換時(shí)的中斷概率和切換時(shí)延。
　　今后進(jìn)一步研究工作可以將D2D設(shè)備的通信模式擴(kuò)展到正交的直接通信模式、復(fù)用下行資源的直接通信模式以及以周圍的Small Cell作為中繼的模式，研究D2D設(shè)備多種通信模式的選擇算法。此外，在復(fù)雜的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中，移動(dòng)中的D2D簇內(nèi)成員在小區(qū)邊緣將面臨多個(gè)接入點(diǎn)的選擇，此時(shí)需要考慮D2D簇的垂直切換問題，從而盡可能的減少基站間為了維護(hù)D2D簇而產(chǎn)生的額