蜂窝系统中D2D通信的资源分配算法研究

作     者：阮持光 

作者单位：重庆邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王克强;唐宏

授予年度：2018年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：D2D 蜂窝网络 资源分配 吞吐量 

摘      要：设备到设备(Device-to-Device,D2D)通信是无线通信网络中的一个重要技术,蜂窝网络中引入D2D通信技术能够提高频谱利用率、系统吞吐量等系统性能。当D2D用户和蜂窝用户共享频谱资源时,相互间会产生很大的同频干扰,因此在保证蜂窝用户和D2D用户服务质量(Quality of Service,QoS)的前提下,研究合理有效的算法最大化系统吞吐量是非常必要的。针对复用模式下的D2D通信,以服务质量为前提,在有无中继的系统模型中分别进行吞吐量最大化的研究。在含有中继的系统模型中,提出基于吞吐量最大化的蜂窝系统中D2D通信的联合模式选择和资源分配。联合模式选择、功率控制、中继选择、频谱分配最大化系统吞吐量的相关研究较少。在保证用户QoS的情况下,首先对D2D用户在直通模式和中继模式下进行最优功率分配,然后将模式选择、中继选择、信道资源分配构造成四维优化问题。将直通模式下D2D用户对的接收端看成是特殊的中继,将原四维优化问题进一步转换成三维优化问题,并利用本文提出的算法将其转化为二维优化问题求出其近似解。仿真结果表明,该算法能够有效地在保证蜂窝用户和D2D用户正常通信的情况下,明显的提高系统的吞吐量。在无中继的系统模型中,提出基于Stackelberg博弈论的资源分配算法的研究。在该部分研究中,同时考虑了蜂窝用户和D2D用户的QoS。首先根据蜂窝用户和D2D用户最小信噪比限制条件,通过线性规划为D2D用户确定潜在复用蜂窝用户集合;然后将D2D用户与其潜在复用蜂窝用户构造Stackelberg博弈模型,并求得D2D用户对的最优发送功率;最后根据效用函数进行频谱资源的分配。仿真结果表明,该算法在保证蜂窝用户和D2D用户服务质量的前提下,通过最优的资源分配可以很好的提高系统吞吐量。