蜂窩系統(tǒng)中D2D通信的能效分析.pdf

1、隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是智能手機(jī)的普及，吸引了越來(lái)越多的移動(dòng)用戶(hù)。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(wù)質(zhì)量的通信網(wǎng)絡(luò)成為未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信一個(gè)重要的研究課題。同時(shí)，隨著全球環(huán)境問(wèn)題的影響越來(lái)越嚴(yán)重，綠色通信也需要得到越來(lái)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(gè)重大問(wèn)題。
　　短距離內(nèi)直接通信可以有效地提高系統(tǒng)的頻譜效率，其中設(shè)備對(duì)設(shè)備(D2D)的通

2、信是短距離內(nèi)直接通信的一個(gè)經(jīng)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(hù)需要和小區(qū)用戶(hù)共享頻譜資源，這將導(dǎo)致D2D用戶(hù)和小區(qū)用戶(hù)之間存在嚴(yán)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(hù)的干擾會(huì)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(duì)干擾的問(wèn)題，提出解決方案以提高系統(tǒng)的能效。
　　本文的主要內(nèi)容將是在蜂窩網(wǎng)絡(luò)的D2D通信中，協(xié)調(diào)D2D

3、用戶(hù)和小區(qū)用戶(hù)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(hù)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(hù)和小區(qū)用戶(hù)共享頻譜資源而導(dǎo)致的CCI問(wèn)題，可以采用功率分配機(jī)制協(xié)調(diào)D2D用戶(hù)和小區(qū)用戶(hù)之間的干擾的方式進(jìn)行解決。由于D2D用戶(hù)和小區(qū)用戶(hù)的功率變化會(huì)影響彼此的能效，這是一個(gè)非獨(dú)立的事件。因此有必要聯(lián)合分析功率分配和整個(gè)系統(tǒng)的能效

4、問(wèn)題。因此，針對(duì)該聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題本論文將采用非合作博弈理論，尋找納什均衡點(diǎn)，使得D2D用戶(hù)和小區(qū)用戶(hù)分別達(dá)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(yán)重的小區(qū)間干擾。采用部分頻譜復(fù)用(FFR)可以減小小區(qū)間干擾，但是采用該方法也有一個(gè)弊端，那就是小區(qū)邊緣區(qū)域會(huì)受到很大的干擾。針對(duì)這問(wèn)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(hù)分別復(fù)用本小區(qū)分配給小區(qū)內(nèi)部區(qū)域和

5、小區(qū)外部區(qū)域的小區(qū)用戶(hù)的頻譜資源來(lái)有效地避免小區(qū)間的干擾，同時(shí)BS將利用已知的本小區(qū)信道狀態(tài)信息(CSI)并結(jié)合小區(qū)邊緣D2D用戶(hù)和小區(qū)用戶(hù)間干擾的特點(diǎn)，采用非合作博弈的思想，使小區(qū)用戶(hù)和D2D用戶(hù)分別達(dá)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(shí)也考慮了針對(duì)單小區(qū)中一個(gè)小區(qū)用戶(hù)和多對(duì)D2D用戶(hù)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(shí)，不僅要優(yōu)化整體的能效，也必須保證能效最低的用戶(hù)的能效保持在一定的水平上，