LTE-Advanced系統(tǒng)中基于博弈論的D2D無(wú)線(xiàn)資源分配算法的研究.pdf

1、隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)速率的要求越來(lái)越高，與此同時(shí)頻譜資源緊缺的問(wèn)題日益嚴(yán)重。為擴(kuò)大蜂窩容量，Device-to-device(D2D)技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越受到關(guān)注。不同于基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，D2D終端不用通過(guò)中心協(xié)調(diào)器而直接進(jìn)行通信，不必使用核心網(wǎng)絡(luò)參與，具有低功耗、低時(shí)延、高數(shù)據(jù)速率及高頻譜效率等優(yōu)點(diǎn)，然而這些優(yōu)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于有效的資源分配方案。這是由于D2D與蜂窩系統(tǒng)復(fù)用相同的資源，蜂窩系統(tǒng)與D2D系統(tǒng)之間存在著干擾。復(fù)

2、用上行資源時(shí)，蜂窩用戶(hù)向演進(jìn)的基站(evolved NodeB: eNB)發(fā)送數(shù)據(jù)，eNB受到D2D發(fā)射機(jī)的干擾，而D2D接收機(jī)受到蜂窩用戶(hù)的干擾;復(fù)用下行資源時(shí)，eNB向蜂窩用戶(hù)發(fā)送數(shù)據(jù)，則蜂窩用戶(hù)會(huì)受到D2D發(fā)射機(jī)的干擾，而eNB將干擾D2D接收機(jī)。如果這些干擾不能有效地消除，將極大影響D2D系統(tǒng)的性能，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。
　　為了減少這種干擾同時(shí)提升小區(qū)的吞吐量，本論文重點(diǎn)研究了在升級(jí)版長(zhǎng)期演進(jìn)(Long Term Evol

3、ution-Advanced: LTE-A)系統(tǒng)下的基于博弈論的兩種D2D通信資源分配算法，兩種算法均基于復(fù)用上行資源的場(chǎng)景且蜂窩用戶(hù)之間資源正交。首先針對(duì)一個(gè)D2D對(duì)只能復(fù)用一個(gè)蜂窩用戶(hù)的資源的場(chǎng)景，提出了基于Stackelberg博弈的資源分配方案，該方案將eNB和D2D用戶(hù)組成一個(gè)賣(mài)家-買(mǎi)家對(duì)，作為買(mǎi)家，D2D用戶(hù)如果想使用上行資源完成自己的可靠通信就必須付出一定的費(fèi)用，eNB作為擁有資源的賣(mài)家通過(guò)向D2D用戶(hù)索要一定的費(fèi)用來(lái)使自

4、己整個(gè)小區(qū)的總吞吐量得到增加，最終既保證了D2D通信的可靠性又增加了小區(qū)的吞吐量。
　　其次針對(duì)一個(gè)D2D對(duì)可以復(fù)用多個(gè)蜂窩用戶(hù)的資源且?guī)讉€(gè)D2D對(duì)可以同時(shí)復(fù)用一個(gè)蜂窩用戶(hù)資源的場(chǎng)景，提出了基于重疊聯(lián)盟博弈（overlapping coalitionformation game）的資源分配方案，所有的用戶(hù)自主的進(jìn)行分組，并在此過(guò)程中考慮了每個(gè)用戶(hù)的服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service:QoS)要求，此方案將資源共享問(wèn)題看

5、成是可轉(zhuǎn)移的聯(lián)盟博弈問(wèn)題且每個(gè)D2D用戶(hù)都可根據(jù)合并分裂規(guī)則(merge-and-split)決定是否加入到某個(gè)聯(lián)盟小組，最終根據(jù)此算法得到穩(wěn)定聯(lián)盟，除此之外本論文還利用離散時(shí)間馬爾科夫鏈分析了最終聯(lián)盟的穩(wěn)定性，及不完美信道狀態(tài)信息對(duì)穩(wěn)定聯(lián)盟形成的影響，另外對(duì)于使用此方法的復(fù)雜度也給出了理論分析。最后分別通過(guò)仿真驗(yàn)證這兩個(gè)方案的可行性。
　　本論文的創(chuàng)新點(diǎn)在于:
　　1.分別提出了利用Stackelberg博弈和聯(lián)盟博弈來(lái)解

6、決D2D通信資源共享問(wèn)題，前者聯(lián)合功率和信道分配，將eNB看成是賣(mài)家，D2D用戶(hù)為買(mǎi)家，兩者進(jìn)行博弈，最終在總速率和D2D通信之間取得均衡;
　　2.提出了D2D用戶(hù)在選擇信道沖突時(shí)的解決方案;
　　3.基于重疊聯(lián)盟的資源分配方案，不同于之前的一個(gè)D2D對(duì)只能存在于一個(gè)聯(lián)盟中的聯(lián)盟博弈，本論文允許一個(gè)D2D對(duì)可以同時(shí)接入不同的聯(lián)盟，并在形成重疊聯(lián)盟的過(guò)程中滿(mǎn)足每個(gè)用戶(hù)的QoS要求，此方案適用于多個(gè)D2D對(duì)的一般情況;D2D對(duì)