移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)中D2D通信資源分配算法研究.pdf

1、隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，越來越多的移動設(shè)備出現(xiàn)在日常生活中，人們對數(shù)據(jù)流量的需求日漸增加。然而，移動通信的無線頻譜資源是有限的，我們當(dāng)前面臨著嚴重的頻譜匱乏問題，提高頻譜資源利用率已成為無線資源管理中的一個重要研究課題。為了解決這一問題，人們提出了蜂窩網(wǎng)絡(luò)中D2D(Device-to-device)通信的概念。大量研究結(jié)果表明，蜂窩網(wǎng)絡(luò)中D2D通信可以增大系統(tǒng)容量、提升頻譜資源利用率和減小小區(qū)基站(BS，Base Station)的負

2、載。然而，這也會造成蜂窩通信鏈路與D2D通信鏈路之間的相互干擾。因此，設(shè)計高效的D2D通信資源分配算法成為蜂窩網(wǎng)絡(luò)D2D通信研究中的一個重要內(nèi)容。
　　本碩士學(xué)位論文研究蜂窩網(wǎng)絡(luò)中D2D通信的無線頻譜資源分配問題。針對不同的網(wǎng)絡(luò)場景與應(yīng)用情況，論文提出了三種不同的D2D通信頻譜資源分配算法，即系統(tǒng)容量最大化的資源分配算法CORAL、綜合考慮系統(tǒng)容量與系統(tǒng)公平性的資源分配算法ACORAL、基于圖論著色原理的資源分配算法GOAL。

3、r>　　論文首先提出了一種系統(tǒng)容量最大化的資源分配算法CORAL。該算法考慮的是一種一般性的單小區(qū)場景，即系統(tǒng)內(nèi)的所有移動用戶都隨機分布在小區(qū)內(nèi)，且蜂窩用戶數(shù)目遠大于D2D通信對數(shù)目。為了最大化系統(tǒng)容量，CORAL算法首先針對每個D2D通信對引入了CORE區(qū)域的概念，以確定每個D2D通信對可進行資源共享的候選蜂窩用戶集。而后，CORAL算法基于每個D2D通信對的CORE區(qū)域采用了創(chuàng)新的兩步分配法，它不僅能夠保證每個D2D通信對能夠分配到

4、至少一個蜂窩用戶的頻譜資源，同時還能夠降低系統(tǒng)的開銷、減小兩種通信鏈路之間的干擾并增大系統(tǒng)容量。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的隨機資源分配算法相比，CORAL算法能夠獲得更大的系統(tǒng)容量與更小的蜂窩用戶容量損失;同時，與貪婪資源分配算法相比，CORAL算法能夠通過犧牲較小的系統(tǒng)容量獲得很小的蜂窩用戶容量損失。
　　針對CORAL算法在移動用戶分布不均勻時具有較差的公平性問題，論文進一步提出了綜合考慮系統(tǒng)容量與公平性的CORAL改進算法ACO

5、RAL。與CORAL算法相同，該算法也采用兩步分配法;而與CORAL算法不同的是，ACORAL算法為系統(tǒng)中的每個D2D通信對設(shè)置可共享的最大蜂窩用戶頻譜資源數(shù)目閾值，以提升其公平性。仿真結(jié)果表明，不管在移動用戶分布均勻還是不均勻的場景下，與CORAL算法相比，ACORAL算法都是以犧牲系統(tǒng)容量為代價來換取較好的公平性，而在移動用戶分布不均勻的場景下，ACORAL算法相比于CORAL算法表現(xiàn)出來更大的優(yōu)勢。
　　此外，考慮到一種較為

6、特殊的單小區(qū)場景，即系統(tǒng)內(nèi)的D2D通信對數(shù)目大于蜂窩用戶數(shù)的場景，論文提出了一種基于圖論著色原理的資源分配算法GOAL。該算法首先根據(jù)實際拓撲建立起一個圖，其中將系統(tǒng)中的D2D通信對視為頂點，將系統(tǒng)中的蜂窩用戶視為顏色。然后提出了D2D通信對之間的干擾可忽略距離(INS，Interference Negligible Distance)與針對每個蜂窩用戶的基于信干比(SIR，Signal to Interference Ratio)的限