蜂窩網絡下D2D中多維資源聯合優(yōu)化方案研究.pdf

1、隨著局域應用和智能終端的不斷涌現，近距離移動數據業(yè)務迅速增多，隨之面來的是移動設備消耗網絡流量的驟增，這迫使運營商們面臨著移動通信網絡終端能耗、小區(qū)覆蓋率、頻譜和能量效率等性能方面的大幅度提升。此時對設備直通通信(Device-to-Device Communication，D2D)的重視迅速升溫，因為大量研究表明D2D通信作為5G系統(tǒng)的一項關鍵技術，具有充分解決這些問題的潛在優(yōu)勢。D2D通信能夠充分利用近距離通信設備對之間良好的信道環(huán)

2、境，允許鄰近用戶終端之間通過復用傳統(tǒng)蜂窩網絡頻帶資源直接進行數據傳輸和信息交換，而不需要使用中心節(jié)點基站的中繼。這不但可以減少基站的負荷、提高頻帶利用率，而且可以增大網絡容量、擴大小區(qū)覆蓋范圍，同時降低終端能耗和通信時延進而提升用戶體驗。
　　然而，D2D通信復用傳統(tǒng)蜂窩通信的網絡資源卻可能給現存的蜂窩鏈路帶來嚴重的同頻干擾，因此，需要設計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。針對上述問題，本文主要設

3、計了兩種不同場景下D2D鏈路復用蜂窩網絡上行鏈路的無線資源分配方案進行多個系統(tǒng)目標性能的優(yōu)化。具體工作分為兩部分:
　　第一部分，在單信道對應單鏈路場景下提出聯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，所涉及的優(yōu)化目標包括:終端總能耗、系統(tǒng)頻帶利用率、終端總能效、接入鏈路數目和最差接入鏈路性能這5個系統(tǒng)核心性能指標，與此同時保證所有接入鏈路的服務質量（Quality of Service，QoS）需求。該方

4、案分兩步實現:第一步，在對單條D2D鏈路進行可行性檢測的基礎上，通過功率控制得出能耗、吞吐量和能效的最優(yōu)值以及對應兩類鏈路各自的最優(yōu)發(fā)射功率;第二步基于功率優(yōu)化的反饋信息進行信道資源的優(yōu)化，對前四個優(yōu)化目標的優(yōu)化可以等價于二分圖最大權值匹配問題，借助匈牙利算法解出最優(yōu)解;對目標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行建模，并聯合門限調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、路可以復用多條連續(xù)的LTE-Advanced上行鏈路場景，采用聯合功率控制和信道分配的資源分配機制來優(yōu)化D2D鏈路的多個性能目標，主要包括總吞吐量、能耗和接入鏈路數目，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優(yōu)化目標的最優(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)化的結果，上層的信道分配部分等價于整數線性規(guī)劃問題，一般意義下