D2D通信系統(tǒng)的干擾協(xié)調(diào)與資源優(yōu)化.pdf

1、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)極大地豐富了人們的生活，成為很多人必不可少的日常需求。大規(guī)模集成電路的發(fā)展使得手持移動(dòng)終端強(qiáng)大到能夠承載各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。互聯(lián)網(wǎng)也從面向個(gè)人電腦往面向移動(dòng)終端發(fā)展，由此而生的“移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)”成為當(dāng)下的熱潮。作為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的主要網(wǎng)絡(luò)載體，蜂窩網(wǎng)承載的數(shù)據(jù)已從傳統(tǒng)的語(yǔ)音和文本等簡(jiǎn)單格式，發(fā)展為視頻、語(yǔ)音和文本等多種類(lèi)型的復(fù)雜多媒體格式。這對(duì)于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)是極大的挑戰(zhàn)。用戶(hù)對(duì)于無(wú)線通信帶寬需求的不斷增長(zhǎng)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)有限的無(wú)線

2、資源供應(yīng)成為主要的矛盾。如何提高有限頻譜的利用率是蜂窩網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的重要方向。提高頻譜的空間復(fù)用是近幾年來(lái)蜂窩網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)。其中，D2D通信(Device-to-Devicecommunication)技術(shù)利用通信雙方的近距離特性，通過(guò)復(fù)用無(wú)線資源的方式提高了頻譜的空間復(fù)用，成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。
　　本文首先研究了D2D通信在同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的干擾協(xié)調(diào)問(wèn)題。雖然D2D通信復(fù)用蜂窩用戶(hù)的無(wú)線資源必然會(huì)對(duì)蜂窩用戶(hù)造成同頻干擾，但由于D2D通

3、信雙方之間的距離較近，所需要的發(fā)送功率相對(duì)較低，因此，合理地分配D2D用戶(hù)的復(fù)用資源并控制其發(fā)送功率可以在保證一定的用戶(hù)服務(wù)質(zhì)量(QualityofService，QoS)的條件下提高頻譜效率。針對(duì)同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的D2D干擾協(xié)調(diào)問(wèn)題，本文首先提出了一種基于部分位置信息的功率控制和信道分配方法。我們以中斷概率來(lái)表征用戶(hù)QoS，在D2D用戶(hù)周?chē)?guī)劃出一個(gè)干擾受限區(qū)域。系統(tǒng)為D2D用戶(hù)分配干擾受限區(qū)域外的蜂窩用戶(hù)的信道，使得用戶(hù)中斷概率低于門(mén)限。

4、所提的方法對(duì)信息需求少，僅需用戶(hù)距離基站的一維距離信息，計(jì)算復(fù)雜度低。其次，我們對(duì)上述思想進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，并將改進(jìn)后的思想應(yīng)用到多小區(qū)蜂窩網(wǎng)絡(luò)下的D2D干擾協(xié)調(diào)，提出了可接入?yún)^(qū)和可復(fù)用區(qū)的概念，為多小區(qū)下的D2D通信提供了一種信息需求少、復(fù)雜度低的功率控制和信道分配策略來(lái)協(xié)調(diào)干擾。
　　其次，本文研究了D2D通信在異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)下的資源優(yōu)化問(wèn)題。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)指宏蜂窩與小蜂窩共存的蜂窩網(wǎng)絡(luò)。小蜂窩技術(shù)是另一項(xiàng)利用用戶(hù)的近距離特性實(shí)現(xiàn)無(wú)線資

5、源空間復(fù)用的技術(shù)。低功率的小型蜂窩接入點(diǎn)或者叫小基站可以被用戶(hù)或者運(yùn)營(yíng)商部署在熱點(diǎn)或者宏基站覆蓋盲區(qū)，形成小范圍的蜂窩網(wǎng)絡(luò)為用戶(hù)提供接入服務(wù)。小蜂窩技術(shù)是另一項(xiàng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也很可能成為宏蜂窩與小蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。在這樣的背景下，我們考慮D2D通信在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的資源優(yōu)化問(wèn)題。首先，我們研究了D2D通信在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的模式選擇問(wèn)題。我們提出了兩種新的D2D通信模式，因此在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中D2D通信具有五種可選模式，分別為復(fù)用宏蜂窩

6、信道模式、復(fù)用小蜂窩信道模式、專(zhuān)用模式、宏蜂窩模式和小蜂窩模式。同時(shí)，我們對(duì)基于系統(tǒng)能量效率的模式選擇問(wèn)題進(jìn)行建模分析。其次，我們考慮了D2D通信作為中繼技術(shù)的資源優(yōu)化問(wèn)題。D2D通信實(shí)現(xiàn)了蜂窩終端間的直連通信，因此未來(lái)的蜂窩終端可以作為中繼，幫助小蜂窩覆蓋范圍外的用戶(hù)接入到小基站。對(duì)于處于宏蜂窩邊緣而距離小基站較近但又不在其覆蓋范圍內(nèi)的用戶(hù)來(lái)講，D2D中繼可以有效提高用戶(hù)體驗(yàn)。我們以QoS保障條件下的用戶(hù)功耗最低為資源優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)計(jì)了