蜂窩網(wǎng)絡(luò)下D2D中多維資源聯(lián)合優(yōu)化方案研究.pdf

1、隨著局域應(yīng)用和智能終端的不斷涌現(xiàn)，近距離移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)迅速增多，隨之面來的是移動(dòng)設(shè)備消耗網(wǎng)絡(luò)流量的驟增，這迫使運(yùn)營(yíng)商們面臨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)終端能耗、小區(qū)覆蓋率、頻譜和能量效率等性能方面的大幅度提升。此時(shí)對(duì)設(shè)備直通通信(Device-to-Device Communication，D2D)的重視迅速升溫，因?yàn)榇罅垦芯勘砻鱀2D通信作為5G系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，具有充分解決這些問題的潛在優(yōu)勢(shì)。D2D通信能夠充分利用近距離通信設(shè)備對(duì)之間良好的信道環(huán)

2、境，允許鄰近用戶終端之間通過復(fù)用傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)頻帶資源直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，而不需要使用中心節(jié)點(diǎn)基站的中繼。這不但可以減少基站的負(fù)荷、提高頻帶利用率，而且可以增大網(wǎng)絡(luò)容量、擴(kuò)大小區(qū)覆蓋范圍，同時(shí)降低終端能耗和通信時(shí)延進(jìn)而提升用戶體驗(yàn)。
　　然而，D2D通信復(fù)用傳統(tǒng)蜂窩通信的網(wǎng)絡(luò)資源卻可能給現(xiàn)存的蜂窩鏈路帶來嚴(yán)重的同頻干擾，因此，需要設(shè)計(jì)合理的無線資源分配方案來使這種干擾可控以便充分發(fā)掘D2D通信的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)上述問題，本文主要設(shè)

3、計(jì)了兩種不同場(chǎng)景下D2D鏈路復(fù)用蜂窩網(wǎng)絡(luò)上行鏈路的無線資源分配方案進(jìn)行多個(gè)系統(tǒng)目標(biāo)性能的優(yōu)化。具體工作分為兩部分:
　　第一部分，在單信道對(duì)應(yīng)單鏈路場(chǎng)景下提出聯(lián)合功率控制和信道分配的資源分配方案來完整的考慮系統(tǒng)各整體性能指標(biāo)，所涉及的優(yōu)化目標(biāo)包括:終端總能耗、系統(tǒng)頻帶利用率、終端總能效、接入鏈路數(shù)目和最差接入鏈路性能這5個(gè)系統(tǒng)核心性能指標(biāo)，與此同時(shí)保證所有接入鏈路的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）需求。該方

4、案分兩步實(shí)現(xiàn):第一步，在對(duì)單條D2D鏈路進(jìn)行可行性檢測(cè)的基礎(chǔ)上，通過功率控制得出能耗、吞吐量和能效的最優(yōu)值以及對(duì)應(yīng)兩類鏈路各自的最優(yōu)發(fā)射功率;第二步基于功率優(yōu)化的反饋信息進(jìn)行信道資源的優(yōu)化，對(duì)前四個(gè)優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化可以等價(jià)于二分圖最大權(quán)值匹配問題，借助匈牙利算法解出最優(yōu)解;對(duì)目標(biāo)最大化最差接入鏈路速率的優(yōu)化問題，借助瓶頸分配問題進(jìn)行建模，并聯(lián)合門限調(diào)整和增廣路徑搜索算法得到最終信道分配最優(yōu)解。
　　第二部分，繼續(xù)研究基于單條D2D鏈

5、路可以復(fù)用多條連續(xù)的LTE-Advanced上行鏈路場(chǎng)景，采用聯(lián)合功率控制和信道分配的資源分配機(jī)制來優(yōu)化D2D鏈路的多個(gè)性能目標(biāo)，主要包括總吞吐量、能耗和接入鏈路數(shù)目，并保證傳統(tǒng)蜂窩鏈路的最低QoS需求。該方案仍然分為兩步:底層功率控制部分考慮給定信道組合下三個(gè)優(yōu)化目標(biāo)的最優(yōu)解，證明了原問題屬于凸優(yōu)化，繼而利用Karush-Kuhn-Tucker條件分析得到最優(yōu)解;基于功率優(yōu)化的結(jié)果，上層的信道分配部分等價(jià)于整數(shù)線性規(guī)劃問題，一般意義下