蜂窩與D2D混合網(wǎng)絡中的干擾管理技術(shù)研究.pdf

1、終端直通（device-to-device，D2D）技術(shù)，是一種針對蜂窩網(wǎng)絡設計的無線直連通信技術(shù)。該技術(shù)可以使蜂窩網(wǎng)絡中相距較近的兩個或者多個終端設備直接進行通信，而不用經(jīng)過基站連接。將D2D通信技術(shù)引入蜂窩網(wǎng)絡，可以有效提升數(shù)據(jù)傳輸速率、降低數(shù)據(jù)傳輸時延、增大頻譜復用因子、擴大網(wǎng)絡覆蓋范圍，因此得到了學術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，并已經(jīng)成為下一代移動通信標準（5G）中的關(guān)鍵技術(shù)之一。在蜂窩網(wǎng)絡中引入D2D通信機制后，網(wǎng)絡中的D2D通信和

2、蜂窩通信會產(chǎn)生相互干擾，從而嚴重影響網(wǎng)絡性能。因此，干擾管理技術(shù)成為蜂窩與D2D混合網(wǎng)絡設計的重要技術(shù)課題。本文著眼于這一課題，從干擾協(xié)調(diào)、干擾消除和干擾利用三個角度開展混合網(wǎng)絡中的干擾管理技術(shù)研究，研究內(nèi)容包括：
　　第一，從干擾協(xié)調(diào)角度，本文研究蜂窩與D2D混合網(wǎng)絡中的合作頻譜共享機制。本文首先提出兩個基于疊加編碼的合作中繼機制，通過D2D鏈路對蜂窩鏈路數(shù)據(jù)的中繼傳輸來抵消D2D鏈路對蜂窩鏈路的干擾，從而能夠在不影響蜂窩鏈路傳

3、輸性能的情況下提升D2D鏈路性能。在此基礎上，為了激勵擁有頻譜使用權(quán)的蜂窩鏈路允許D2D鏈路接入網(wǎng)絡，本文進一步提出基于合作中繼的頻譜交易機制，并將蜂窩鏈路—D2D鏈路頻譜交易過程建模成委托—代理模型，進而針對D2D鏈路質(zhì)量為連續(xù)值和離散值兩種情況分別設計最優(yōu)頻譜交易契約。
　　第二，從干擾消除角度，本文研究干擾消除技術(shù)對蜂窩與D2D混合網(wǎng)絡性能的影響。本文首先利用隨機幾何理論對大規(guī)模蜂窩與D2D混合網(wǎng)絡進行建模，并分析在不采用干

4、擾消除技術(shù)時，蜂窩鏈路和D2D鏈路的成功傳輸概率。為了便于對干擾特性進行分析，本文提出干擾的隨機等效模型，可以將兩層干擾節(jié)點等效轉(zhuǎn)化成一層干擾節(jié)點，并保證等效干擾節(jié)點的隨機特性與原始兩層干擾節(jié)點的隨機特性相同?；谠撾S機等效模型，本文進一步研究當蜂窩接收機和D2D接收機都采用無限制干擾消除和串行干擾消除技術(shù)時，蜂窩鏈路和D2D鏈路的成功傳輸概率，并通過解析結(jié)果和數(shù)值結(jié)果分析干擾消除技術(shù)對混合網(wǎng)絡性能的影響。
　　第三，從干擾利用角

5、度，本文研究蜂窩與D2D混合網(wǎng)絡中基于物理層安全的鏈路調(diào)度策略。在已有的研究中，通常認為D2D通信產(chǎn)生的干擾對蜂窩通信是有害的。與這種觀點不同，本文從一個新的角度來看待D2D通信產(chǎn)生的干擾。本文考慮在蜂窩與D2D混合網(wǎng)絡中存在著竊聽節(jié)點，這些竊聽節(jié)點可以對蜂窩鏈路的傳輸進行竊聽。在這種情況下，如果D2D鏈路對竊聽鏈路的干擾大于對蜂窩鏈路的干擾，那么對蜂窩鏈路來說，D2D鏈路產(chǎn)生的干擾不再是有害的，而是有益的。基于此分析，本文提出“D2D