蜂窩系統(tǒng)中D2D通信的能效分析.pdf

1、隨著無線通信技術的飛速發(fā)展，尤其是智能手機的普及，吸引了越來越多的移動用戶。如何在有限的頻譜資源下提高頻譜利用率，支持更高傳輸速率、更高可靠性和更高服務質量的通信網絡成為未來無線通信一個重要的研究課題。同時，隨著全球環(huán)境問題的影響越來越嚴重，綠色通信也需要得到越來越多的重視，如何以最低的功率損耗獲得最大的吞吐量（即提高能效）也是我們面臨的一個重大問題。
　　短距離內直接通信可以有效地提高系統(tǒng)的頻譜效率，其中設備對設備(D2D)的通

2、信是短距離內直接通信的一個經典案例。盡管D2D通信可以有效地提高頻譜效率降低功率損耗，但是D2D用戶需要和小區(qū)用戶共享頻譜資源，這將導致D2D用戶和小區(qū)用戶之間存在嚴重的同頻干擾(CCI)。如果在多小區(qū)環(huán)境下，小區(qū)間的干擾也是不可避免的，尤其是小區(qū)邊緣區(qū)域用戶的干擾會造成系統(tǒng)的吞吐量下降，從而使系統(tǒng)的能效降低。因此，本文將主要針對干擾的問題，提出解決方案以提高系統(tǒng)的能效。
　　本文的主要內容將是在蜂窩網絡的D2D通信中，協(xié)調D2D

3、用戶和小區(qū)用戶的CCI，以提高系統(tǒng)的吞吐量，從而提高系統(tǒng)的性能。首先，本文將介紹蜂窩系統(tǒng)下D2D通信的基本工作原理以及單小區(qū)蜂窩系統(tǒng)中D2D用戶在三種不同的工作模式下的能效分析。在單小區(qū)蜂窩系統(tǒng)中，由于D2D用戶和小區(qū)用戶共享頻譜資源而導致的CCI問題，可以采用功率分配機制協(xié)調D2D用戶和小區(qū)用戶之間的干擾的方式進行解決。由于D2D用戶和小區(qū)用戶的功率變化會影響彼此的能效，這是一個非獨立的事件。因此有必要聯(lián)合分析功率分配和整個系統(tǒng)的能效

4、問題。因此，針對該聯(lián)合優(yōu)化問題本論文將采用非合作博弈理論，尋找納什均衡點，使得D2D用戶和小區(qū)用戶分別達到最優(yōu)，從而提高系統(tǒng)的整體的能效。
　　在多小區(qū)蜂窩系統(tǒng)中，存在嚴重的小區(qū)間干擾。采用部分頻譜復用(FFR)可以減小小區(qū)間干擾，但是采用該方法也有一個弊端，那就是小區(qū)邊緣區(qū)域會受到很大的干擾。針對這問題，本論文將提出一種小區(qū)邊緣區(qū)域的D2D通信的功率分配方案。在該方案中，小區(qū)邊緣區(qū)域的D2D用戶分別復用本小區(qū)分配給小區(qū)內部區(qū)域和

5、小區(qū)外部區(qū)域的小區(qū)用戶的頻譜資源來有效地避免小區(qū)間的干擾，同時BS將利用已知的本小區(qū)信道狀態(tài)信息(CSI)并結合小區(qū)邊緣D2D用戶和小區(qū)用戶間干擾的特點，采用非合作博弈的思想，使小區(qū)用戶和D2D用戶分別達到能效的最優(yōu)化，從而提高系統(tǒng)的整體能效。
　　本論文同時也考慮了針對單小區(qū)中一個小區(qū)用戶和多對D2D用戶之間共享頻譜資源的情況。在這種環(huán)境中優(yōu)化系統(tǒng)的能效時，不僅要優(yōu)化整體的能效，也必須保證能效最低的用戶的能效保持在一定的水平上，