基于移動(dòng)中繼的端到端傳輸技術(shù)與性能研究.pdf

1、隨著5G時(shí)代的到來，對高速移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求越來越高。在營4G系統(tǒng)中提高小區(qū)吞吐量的方法在現(xiàn)有小區(qū)架構(gòu)下已經(jīng)達(dá)到性能極限，需要大力發(fā)展新型無線傳輸技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。面向蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的D2D通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其通過復(fù)用蜂窩通信鏈路的時(shí)頻資源以增加小區(qū)容量、提高資源利用率、降低能量消耗并獲得高傳輸速率，近年來引起極大關(guān)注。在傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，中繼技術(shù)可以增加功率利用率獲得空間分集增益以對抗多徑衰落。本論文將中繼技術(shù)與D2D技術(shù)相結(jié)合，

2、研究其中斷概率以及遍歷可達(dá)速率等系統(tǒng)性能。
　　首先，研究了基于AF中繼D2D通信系統(tǒng)的中斷概率以及可達(dá)速率?？紤]每個(gè)用戶均受到干擾與噪聲，分析推導(dǎo)了中斷概率以及可達(dá)速率的閉合表達(dá)式。針對D2D鏈路的中斷概率，討論三種特殊場景包括：高SNR場景，D2D鏈路遠(yuǎn)離基站場景以及D2D鏈路遠(yuǎn)離蜂窩鏈路場景并推導(dǎo)了近似閉合表達(dá)式。在D2D鏈路總功率恒定的條件下，提出了D2D用戶和中繼用戶間的功率分配方案以降低中斷概率，得到了功率分配方案的解

3、析表達(dá)式。對于系統(tǒng)可達(dá)速率，聯(lián)合考慮了蜂窩鏈路與D2D鏈路的可達(dá)速率，在用戶發(fā)射功率受限的前提下，提出蜂窩鏈路與D2D鏈路聯(lián)合優(yōu)化方案以最大化系統(tǒng)的可達(dá)速率，大大降低了算法復(fù)雜度。
　　其次，在同時(shí)考慮節(jié)點(diǎn)所受干擾與噪聲的場景下，提出了基于雙向AF中繼D2D傳輸模式，分析了D2D鏈路干擾模型，分別推導(dǎo)了強(qiáng)蜂窩用戶干擾與弱蜂窩用戶干擾兩種場景下系統(tǒng)中斷概率精確解表達(dá)式，并在此結(jié)果上進(jìn)一步求出高SNR場景下的近似解。仿真結(jié)果驗(yàn)證推導(dǎo)的

4、正確性并表明基于雙向AF中繼D2D通信系統(tǒng)的中斷概率在不引入額外功率的前提下可以大幅提高系統(tǒng)的中斷性能。
　　隨后，在同時(shí)考慮干擾及噪聲的基于雙向DF中繼的D2D通信系統(tǒng)中，研究了D2D鏈路的中斷概率以及遍歷可達(dá)速率。根據(jù)基于雙向DF中繼系統(tǒng)的中斷概率以及遍歷可達(dá)速率的定義，討論推導(dǎo)了在對稱與非對稱兩種情況（中繼用戶從兩D2D用戶接收到的功率是否相等）下中斷概率以及遍歷可達(dá)速率的精確解析表達(dá)式。在精確表達(dá)式的基礎(chǔ)上，得出了高SNR

5、場景下的近似表達(dá)式。針對中斷概率以及遍歷可達(dá)速率兩種系統(tǒng)性能，分別提出功率優(yōu)化方案以最優(yōu)化系統(tǒng)性能。
　　接著，針對處于同一小區(qū)以及不同小區(qū)的兩用戶的傳輸模式，提出了模式切換策略以最大化可達(dá)速率。考慮兩用戶間的三種傳輸模式包括：傳統(tǒng)蜂窩傳輸模式、D2D傳輸模式以及基于雙向DF中繼的D2D傳輸模式，提出了三種傳輸模式間的切換策略。結(jié)果顯示當(dāng)兩用戶距離很近時(shí)采用D2D傳輸模式而當(dāng)兩者距離很遠(yuǎn)時(shí)則采用傳統(tǒng)蜂窩傳輸模式，當(dāng)用戶間距離介于中

6、間值時(shí)采用基于雙向DF中繼的D2D傳輸模式性能最優(yōu)。
　　最后，研究了配置多天線的基站采用BF和IC預(yù)編碼策略時(shí)D2D通信系統(tǒng)的遍歷可達(dá)速率。推導(dǎo)了有限反饋MIMO系統(tǒng)以及基站可以獲取理想CSI兩種場景下，采用BF和IC策略時(shí)D2D系統(tǒng)的遍歷可達(dá)速率的精確表達(dá)式以及上下界的表達(dá)式。基于這些結(jié)論，討論了三種特殊場景包括高SNR場景、弱干擾場景以及大規(guī)模天線場景，分別推導(dǎo)了三種特殊場景下上下界的近似解。研究結(jié)果顯示高信噪比場景以及弱干