終端直通蜂窩通信系統(tǒng)中的資源分配與功率控制技術(shù)研究.pdf

1、RESEARCHONRESOURCEALLOCATIONANDPOWERCONTROLFORD2DCOMMUNICATIoNSI丁NDERLAYINGCELLULARNETWORKSADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYQiangLiuSupervisedbyYanXiangJiangNationalMo

2、bileCommunicationsResearchLabSchoolofInformationScienceandEngineeringSoutheastUniversityApril，2014摘要摘要隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增加和智能手機(jī)的普及，無(wú)論在提高譜效或者能效方面，現(xiàn)有的移動(dòng)通信技術(shù)將不能滿(mǎn)足未來(lái)的通信需求。終端直通(DevicetoDevice，D2D)技術(shù)自從被提出以來(lái)，由于具備諸多優(yōu)點(diǎn)，受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，有望在未來(lái)

3、移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用。本文將就D2D通信系統(tǒng)中的資源分配與功率控制技術(shù)展開(kāi)研究。首先，研究了D2D資源分配問(wèn)題，提出了一種自適應(yīng)分組與資源分配方法。根據(jù)D2D用戶(hù)傳輸功率小的特點(diǎn)，把小區(qū)外環(huán)進(jìn)行不同的劃分，令對(duì)稱(chēng)區(qū)域中的多組D2D對(duì)為一組，根據(jù)蜂窩用戶(hù)的信道條件在三種不同分組模式中選擇一種來(lái)復(fù)用此蜂窩用戶(hù)的頻譜資源。在對(duì)稱(chēng)區(qū)域中選擇D2D對(duì)時(shí)，提出根據(jù)等效信道增益進(jìn)行選擇，該等效信道增益綜合考慮了蜂窩用戶(hù)對(duì)D2D用戶(hù)的干擾和D2D用戶(hù)間的

4、信道增益。仿真結(jié)果驗(yàn)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(shí)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(wèn)題的數(shù)學(xué)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(wèn)題轉(zhuǎn)化為兩層一維優(yōu)化問(wèn)題，第一層在是否考慮蜂窩用戶(hù)容量損失兩種情況下通過(guò)利用求根方法完成了功率控制，第

5、二層為資源分配，通過(guò)設(shè)計(jì)啟發(fā)式算法完成了整個(gè)優(yōu)化問(wèn)題的求解，避免了D2D對(duì)間可能存在的沖突問(wèn)題。考慮到減小基站負(fù)載的必要性，將整體算法設(shè)計(jì)成了非集中式的，即將部分工作交給了D2D用戶(hù)獨(dú)自完成，使得該方法能在實(shí)現(xiàn)高能效的同時(shí)盡量減少基站的工作量。仿真結(jié)果表明所提出的算法能經(jīng)過(guò)較少的迭代次數(shù)達(dá)到收斂，并能顯著提高能效。然后，研究了基于進(jìn)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(duì)在所復(fù)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(guò)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(wèn)題為求解單個(gè)D2D對(duì)最優(yōu)能效，通過(guò)理論分析證明了每組D2D對(duì)能效函數(shù)存在最優(yōu)能效點(diǎn)，并利用進(jìn)退法和黃金分割法設(shè)計(jì)了最優(yōu)功率點(diǎn)的求解算法。第二層中的優(yōu)化問(wèn)題等效為最優(yōu)匹配問(wèn)題，通過(guò)匈牙利算法避免了D2D對(duì)間可能存在的干擾，使得整體能效達(dá)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(duì)在所使用頻譜資源上達(dá)到能效最優(yōu)的情況下兼