基于蜂窝网络的D2D通信能效优化研究.pdfVIP

摘要

随着通信技术的持续发展，人们对于无线通信网络有了更高的要求，低时延、高速率、

低功耗成为主要的需求。D2D(Device-to-Device)通信技术由于其短距离、低能耗等特性受到了

广泛的关注，D2D技术与蜂窝网络结合可以提升资源利用率，提升吞吐量。同时，利用功率

控制等技术可以提升系统的能源效率，符合绿色通信的理念。然而若D2D通信复用蜂窝网络

的频谱资源，则会产生严重的同频干扰，需要设计有效的资源分配方案来约束干扰，同时提

升系统的性能。因此，本文在保证用户服务质量的前提下，研究了信道分配与功率控制方案，

以提升系统能效。本文的主要研究内容与创新总结如下：

1、在D2D复用蜂窝上行链路的场景下,为了减轻层间干扰，首先通过将D2D用户的位置

建模为泊松点过程来推导干扰限制区域(InterferenceLimitedArea,ILA)，以保证蜂窝用户的覆

盖概率。仅当D2D发射机在蜂窝用户的ILA之外时才可以复用其频谱资源。另一方面，为了

协调D2D层内干扰，基于D2D通信的信噪比要求，得出D2D对的频谱共享标准。基于此标

准，当一个D2D对足够远离另一个D2D对时，允许其共享频谱。此外，为了最大程度地提

高系统的能量效率，根据图着色理论选择最优分配方案。仿真结果表明，相比于其他方案，

本文所提方案能明显提升系统性能。

2、在D2D复用蜂窝下行链路资源的场景下，首先基于干扰限制区域的思想，选出满足

蜂窝用户干扰距离限制的D2D用户集合；在D2D用户端，根据D2D接收机与基站距离的远

近设置优先级，优先为受干扰较大的D2D用户选择复用的资源。然后，在D2D用户的候选

复用资源集合中，选择使系统增益最大且满足双方服务质量约束的资源来复用。基于得到的

资源复用方案，利用迭代的功率控制方法对系统总能效进行优化。仿真结果验证了所提信道

分配及功率控制方案的有效性。

关键词：D2D通信、频谱复用、能量效率、图着色、功率控制

ABSTRACT

Withthecontinuousdevelopmentofcommunicationtechnology,wehavehigherexpectations

forwirelesscommunicationnetworks.Lowlatency,highrateandlowenergyconsumptionhave

becomethemainrequirements.D2D(Device-to-Device)communicationtechnologyhasreceived

widespreadattentionduetoitscloserangeandlowpowerconsumptioncharacteristics.Combining

D2Dcommunicationtechnologywithcellularnetworkcanpromotetheresourceutilization,thereby

improvingthethroughput.Atthesametime,usingtechnologiessuchaspowercontrolcanimprove

theenergyefficiencyandconformtotheconceptofgreencommunication.However,inD2D

underlyingcellularnetworks,ifaD2Duserreusesthespectrumresourcesofcellularnetworks,

seriousco-channelinterferencemayoccur.Itisnecessarytodesignaneffectiveresourcereuse

strategytorestraininterferenceandimprovesystemperformance.Therefore,th