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蜂窝与D2D混合网络中的授权与非授权频段接入方案研究

蜂窝与D2D混合网络中的授权与非授权频段接入方案研究

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作者：韩秋奇华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着社会的发展和无线通信技术的不断演进,数据流量业务需求呈现爆炸式增长。为减少带宽需求与供给之间的差异,学术界提出终端直通通信(Device-to-Device,D2D)技术,该技术可使相邻节点之间不通过基站,利用小区资源直接通信,具有高速率... 详细信息

随着社会的发展和无线通信技术的不断演进,数据流量业务需求呈现爆炸式增长。为减少带宽需求与供给之间的差异,学术界提出终端直通通信(Device-to-Device,D2D)技术,该技术可使相邻节点之间不通过基站,利用小区资源直接通信,具有高速率、低时延和低功耗的特性,被认为是提高蜂窝网络(Cellular Networks,CNs)频谱效率和系统吞吐量的关键技术。然而,D2D技术也并非是长久之计,移动通信用户急速增长,授权频段有限的频谱资源愈来愈难以满足未来无线网络流量数据的需求,学术界基于此又提出了一种将长期演进技术(Long Term Evolution,LTE)部署在非授权频段(LTE in Unlicensed Spectrum,LTE-U)的方案,可有效提升网络容量。受LTE-U的启发,对非授权频段D2D通信技术(D2D in Unlicensed Spectrum,D2D-U)的研究也在开展。然而关于蜂窝用户和D2D用户可同时接入非授权频段的研究很少,LTE通信与无线保真(Wireless Fidelity,WiFi)技术的协议也不尽相同,因此实现LTE-U,D2D-U与WiFi的良好共存仍然存在许多问题,是一个不容小觑的挑战。本文针对上述问题进行了深入探讨与研究。首先,提出了授权与非授权频段下的蜂窝与D2D混合网络,D2D用户在授权频段内复用蜂窝通信的上行链路,同时,蜂窝用户与D2D用户均可接入主要由WiFi用户占用的非授权频段。其次,为使LTE-U,D2D-U和WiFi网络良好共存且保证所有用户的服务质量(Quality of Service,QoS),以原始占空比(dutycycle)机制为基础做了改进,提出了一种基于公平性的Duty cycle机制,系统以WiFi网络的数据传输流量变化为基准,自动调整LTE-U和D2D-U在整个时隙中所占的比例。最后,将授权与非授权频段下蜂窝与D2D混合网络中的用户接入构建为混合整数非线性规划问题,为使通信系统传输速率最优,提出了一种基于匹配-迭代的资源分配与用户接入联合优化算法。仿真结果显示,该算法能有效提高通信系统的传输速率,网络容量及频谱利用率。

关键词： LTE-U D2D-U 资源分配用户接入 Duty cycle机制

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