基于SCMA的D2D系統(tǒng)中無線資源管理研究.pdf

1、隨著通信業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的承載容量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)有設(shè)備的海量需求。為了更加高效的利用帶寬資源，3GPP提議將D2D通信（Device-to-Devicecommunication）作為一種底層通信方式加入到蜂窩網(wǎng)絡(luò)中;5G無線技術(shù)也將會在新的無線接入技術(shù)以及演進(jìn)的現(xiàn)有無線技術(shù)基礎(chǔ)上完成。本文正是在上述背景下研究基于稀疏碼多址(Sparse Code Multiple Access，SCMA)技術(shù)的D2D通信中資源分配及優(yōu)化的問

2、題。
　　首先，本論文介紹了SCMA的基本技術(shù)，包括碼本設(shè)計及復(fù)用、競爭傳輸單元(Contention Transmission Unit, CTU)定義、用戶與CTU映射機制以及競爭傳輸機制。碼本設(shè)計方面考慮SCMA本身稀疏性的特點，參考低密度信號(Low-density Signature,LDS)的擴(kuò)頻方法，與正交幅度調(diào)制(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)映射結(jié)合在一起產(chǎn)生新的復(fù)數(shù)系

3、數(shù)向量集合。SCMA借助多維星座來進(jìn)行編碼，產(chǎn)生多維碼本來代替QAM調(diào)制和LDS擴(kuò)頻。此外，還介紹了SCMA中通過碼本來實現(xiàn)資源復(fù)用的方法以及新的資源塊概念:CTU。與傳統(tǒng)時頻資源塊相比，CTU多出了碼本和導(dǎo)頻兩個維度。通過設(shè)計映射規(guī)則將用戶和CTU進(jìn)行映射，并考慮利用競爭退避重傳機制以降低用戶產(chǎn)生碰撞的概率，提高整個系統(tǒng)的傳輸效率。
　　接下來，本論文研究了在已知信道條件下進(jìn)行D2D資源分配優(yōu)化的方法。針對D2D用戶對接入控制和

4、資源優(yōu)化的問題，利用分布式方法進(jìn)行三步求解:第一步，設(shè)計D2D用戶接入準(zhǔn)則，限定蜂窩用戶和D2D用戶的最大發(fā)射功率和最低信干噪比(SINR)要求，通過不等式的求解將該D2D用戶對是否接入網(wǎng)絡(luò)的判定簡化為蜂窩用戶和D2D用戶對之間的距離，并找到該距離閾值的分段函數(shù);第二步，對復(fù)用信道進(jìn)行功率分配，借助凸優(yōu)化的邊界理論將三種不同可行域情況下的最優(yōu)功率點分別求出，實現(xiàn)最優(yōu)功率分配;第三步，根據(jù)功率分配進(jìn)行最終最優(yōu)信道分配，求出此時D2D用戶接

5、入后的總吞吐量增量，借助圖論中的加權(quán)二部圖算法，利用基于匈牙利算法的KM算法求解，為每一個接入的D2D用戶對找到最優(yōu)的信道。
　　最后，本論文基于聯(lián)盟博弈理論研究了SCMA下行D2D資源分配方案。在保證蜂窩用戶及D2D用戶QoS需求的前提下，構(gòu)建了基于SCMA的系統(tǒng)和速率最大的目標(biāo)函數(shù)，利用聯(lián)盟博弈理論將D2D用戶分配到各個SCMA層中，利用拉格朗日對偶分解方法求解各聯(lián)盟內(nèi)成員的最優(yōu)功率，實現(xiàn)通過最大化各聯(lián)盟的效用而使得聯(lián)盟內(nèi)各成