多带蜂窝网中D2D中继通信的中断性能研究-通信与信息系统专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 南京邮电大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 研究生签名： 日期： 南京邮电大学学位论文使用授权声明 本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文 档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索； 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。 涉密学位论文在解密后适用本授权书。 研究生签名： 导师签名： 日期： 摘要 处于演进过程中的第五代(5G)无线网络可克服现有 4G 无线网络的缺点，5G 无线网络可 达到更高数据传输速率、更优端到端性能、更好的热点区域用户覆盖和密集区域更低时延覆 盖、更低功耗和更低成本等等。5G 多带架构可能含有宏蜂窝小区、各种小蜂窝(small cell)、 无线中继和终端直通(D2D，Device-to-Device)网，以满足不同业务 QoS 需求。因此，D2D 技 术正成为了当前的一种 5G 研究热点。有关研究表明，在蜂窝网络中引入 D2D 通信技术，可 以提升小区吞吐量性能。本文重点研究蜂窝网络的 D2D 中继系统，分别针对单中继和多中继 场景，提出了针对了中断性能提升方法。 针对单中继场景，本文在最基本 D2D 中继模型基础上，提出将基站作为双向放大转发中 继辅助 D2D 用户进行通信，从而使直接链路和中继链路相结合，D2D 用户能在两个不同时隙 内接收到目标信号。在分析中断概率时，本文仅考虑蜂窝用户对 D2D 用户的干扰，得到 D2D 链路中断概率的精确公式和高信噪比时的近似形式。并且以中断概率最小为目标，提出了一 种最优功率分配方案。仿真结果表明，所提的策略能够明显地提升 D2D 中继系统的性能，最 优功率分配方案性能优于等功率分配。 为了进一步增强 D2D 中继链路的中断性能，本文提出将基站作为双向解码转发中继辅助 的 D2D 通信方案。首先，通过考虑中继接收功率是否相等，分为对称和非对称两种情况。并 由理论分析得到了中断概率的精确表达式。其次，通过假设蜂窝用户远离 D2D 链路，噪声影 响可以忽略，得到中断概率的下限形式。仿真结果不仅证实了相比传统 D2D 传输，基站作为 DF 中继策略的中断概率明显减小，还表明了当信噪比处于较小范围时，该策略性能优于放大 转发中继。 针对多中继场景，本文提出一个简单的理论框架分析 D2D 通信系统的性能，并兼顾蜂窝 用户的中断概率。通过考虑 D2D 用户与蜂窝用户之间的同信道干扰，将系统分为共享上行和 下行链路频带两种情况，同时对 D2D 和蜂窝链路的中断概率理论表达式行了分析。然后，基 于最小化中断概率为目标，本文提出了一种最短路径路由（SPR）算法。仿真结果验证了中 断概率理论分析的准确性，同时表明了共享不同频谱资源时，D2D 链路与蜂窝链路中断性能 的变化趋势。 关键词: 终端直通技术，中断概率，放大转发，解码转发，最短路径路由 I Abstract The fifth generation (5G) wireless network in the process of evolution can overcome disadvantages of the existing 4G wireless network. 5G wireless network can achieve higher data transmission rate, better end-to-end performance, better use coverage in hot spot region, lower time delay coverage in dense region, lower power consumption, lower cost and so on. It is to meet QoS of different business that 5G multi band architecture may contain macro cellular cell, a variety of small cells, wireless relay and D2D ne