終端直通蜂窩通信系統(tǒng)中的資源分配與功率控制技術研究.pdf

1、RESEARCHONRESOURCEALLOCATIONANDPOWERCONTROLFORD2DCOMMUNICATIoNSI丁NDERLAYINGCELLULARNETWORKSADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYQiangLiuSupervisedbyYanXiangJiangNationalMo

2、bileCommunicationsResearchLabSchoolofInformationScienceandEngineeringSoutheastUniversityApril，2014摘要摘要隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的增加和智能手機的普及，無論在提高譜效或者能效方面，現(xiàn)有的移動通信技術將不能滿足未來的通信需求。終端直通(DevicetoDevice，D2D)技術自從被提出以來，由于具備諸多優(yōu)點，受到了學術界和工業(yè)界的廣泛關注，有望在未來

3、移動通信系統(tǒng)中應用。本文將就D2D通信系統(tǒng)中的資源分配與功率控制技術展開研究。首先，研究了D2D資源分配問題，提出了一種自適應分組與資源分配方法。根據(jù)D2D用戶傳輸功率小的特點，把小區(qū)外環(huán)進行不同的劃分，令對稱區(qū)域中的多組D2D對為一組，根據(jù)蜂窩用戶的信道條件在三種不同分組模式中選擇一種來復用此蜂窩用戶的頻譜資源。在對稱區(qū)域中選擇D2D對時，提出根據(jù)等效信道增益進行選擇，該等效信道增益綜合考慮了蜂窩用戶對D2D用戶的干擾和D2D用戶間的

4、信道增益。仿真結果驗證了該方法能有效提高D2D通信系統(tǒng)的譜效。其次，研究了基于分式規(guī)劃和罰函數(shù)法的D2D高能效資源優(yōu)化方法，提出了聯(lián)合資源分配與功率控制的高能效資源優(yōu)化方法。首先在同時考慮資源分配與功率控制的情況下，建立了D2D通信能效優(yōu)化問題的數(shù)學模型。然后，采用分式規(guī)劃、Dinkelbach框架和罰函數(shù)法將原非凸分式形式的二維優(yōu)化問題轉化為兩層一維優(yōu)化問題，第一層在是否考慮蜂窩用戶容量損失兩種情況下通過利用求根方法完成了功率控制，第

5、二層為資源分配，通過設計啟發(fā)式算法完成了整個優(yōu)化問題的求解，避免了D2D對間可能存在的沖突問題?？紤]到減小基站負載的必要性，將整體算法設計成了非集中式的，即將部分工作交給了D2D用戶獨自完成，使得該方法能在實現(xiàn)高能效的同時盡量減少基站的工作量。仿真結果表明所提出的算法能經過較少的迭代次數(shù)達到收斂，并能顯著提高能效。然后，研究了基于進退法和黃金分割法的D2D高能效資源優(yōu)化方法。首先在保證每組D2D對在所復用資源塊上自身能效最優(yōu)的前提下建立

6、了D2D通信的能效優(yōu)化模型，通過分析能效函數(shù)模型發(fā)現(xiàn)可將其直接分解為功率控制和資源分配兩層求解。第一層優(yōu)化問題為求解單個D2D對最優(yōu)能效，通過理論分析證明了每組D2D對能效函數(shù)存在最優(yōu)能效點，并利用進退法和黃金分割法設計了最優(yōu)功率點的求解算法。第二層中的優(yōu)化問題等效為最優(yōu)匹配問題，通過匈牙利算法避免了D2D對間可能存在的干擾，使得整體能效達到最優(yōu)。所提出的資源分配與功率控制方法能在保證每組D2D對在所使用頻譜資源上達到能效最優(yōu)的情況下兼