支持D2D通信的无线网络系统吞吐量优化【毕业论文】.docxVIP

支持 D2D 通信的无线网络系统吞吐量优化摘要在 3G 蜂窝网络系统中，视频和社交媒体等高速率需求业务已占用了大部分可用的频谱资源。随着手机用户数目的快速增长，匮乏的无线资源越来越难满足用户的需求。为了改善这一现状，LTE-A 网络引入了端到端（Device-to-Device，D2D）通信模式。相比传统的蜂窝通信，D2D 模式下，两个设备终端可以不再通过基站中继，而使用它们之间单跳直通的链路进行数据传输，基站只负责提供少许控制信息。D2D 通信可以降低设备发射功率，扩大小区覆盖范围，显著提升资源利用率。如何为 D2D 通信分配资源，实现最大化的资源利用率是混合 D2D 蜂窝网络资源优化的关键。尽管混合 D2D 蜂窝网络资源优化问题很重要，但由于资源分配存在多种多样的形式，不同形式下资源优化要考虑的情况又截然不同，所以混合 D2D 网络的资源优化问题一直没有被彻底解决。本文根据资源共享方式分类，分析不同共享方式下的系统特征，着重对正交共享模式下的资源优化问题进行建模。针对正交共享模式下的资源优化，本文以最大化系统吞吐量为目标，分别对频分复用和时分复用模式下的混合网络进行建模，提出一种基于线性规划和二分图匹配的混合网络资源优化算法（hybrid-network Resource optimization Method ,hnRoM），该方法能保证在满足所有用户最小传输速率的前提下，全数接入系统中所有的 DU（D2D User），从而显著提升频谱效益。此外，本文还将优化场景拓展到非正交共享模式下的混合 D2D 蜂窝网络中。针对非正交共享模式下同频干扰不可避免的特点，本文将优化内容分为干扰协调和 DU-CU 共享配对两部分，通过功率控制进行干扰协调，DU-CU 共享配对决定DU 复用哪个 CU （Cellular User）的资源。由于复用上行资源和下行资源的干扰情况不同，本文对两种情况区分讨论。以最大化服务 DU 数目同时最小化系统总功耗为目标，在 hnRoM 算法的基础上，针对前者提出基于用户位置信息的资源分配策略，针对后者提出基于距离方差的资源分配方法。两种方法的性能都非常接近最优解算法，却比最优解算法的时间复杂度要低一个幂次。关键词：混合 D2D 蜂窝网络，二分图匹配，资源优化，系统吞吐量SYSTEM THROUGHPUT OPTIMIZATION FOR D2D COMMUNICATIONS UNDERLAYING CELLULAR NETWORKSABSTRACTDevice-to-Device (D2D) communication has been proposed as a promising technique to improve the spectrum utilization. In D2D communications, two nearby users are allowed to communicate directly with each other over the D2D link by sharing the cellular resources instead of through the base station. The cellular resources are allowed to be occupied by both D2D users (DUs) and cellular users (CUs) simultaneously in hybrid cellular-D2D networks. Therefore, the joint DU-CU association and resource allocation is a promising solution to improve the system spectral efficiency while keeping satisfactory quality of services for CUs. Optimizing the shared resource between cellular users (CUs) and DUs is meaningful to improve utility of spectral. Despite its importance, shared resource optimization in hybrid D2D-cellular networks is complex and hard to be solved. With different shared modes, system feature are different. In particular, the DU-CU