论文部分内容阅读
终端直通(D2D)技术具有高谱效、低时延、低功耗等优势,有助于构建更高容量、更广覆盖、更好服务质量的智能化蜂窝网络,被广泛认为是5G中提升系统性能的关键技术。然而,当D2D用户与蜂窝用户共享频谱资源时,二者之间将产生相互干扰,并且D2D通信的资源优化模型通常属于比较复杂的NP-hard问题,因此设计合理高效的资源分配算法是D2D通信研究中的重点和难点。本论文主要研究蜂窝网络中D2D通信的资源分配问题,针对不同场景提出了两种提高蜂窝网络系统容量的D2D通信资源分配算法。本文首先提出了一种基于联合优化的D2D资源分配算法,不同于现有研究,该算法中D2D用户可选择半双工或全双工模式。该算法在满足蜂窝用户通信质量的约束下,允许一对D2D用户最多复用一个蜂窝用户的频谱,通过联合用户的接入控制、功率分配、模式选择和信道分配来最大化系统容量。该算法主要分为三个步骤实现:1)根据蜂窝用户的服务质量要求和功率约束,为D2D用户找出可复用的候选蜂窝用户集;2)分别基于凸优化理论和自适应粒子群算法,求得D2D以半双工模式和全双工模式复用蜂窝用户频谱时的最优功率解;3)将模式选择和信道分配问题转化为赋权二部图的最大权匹配问题,并使用经典KM算法求解,从而得到D2D用户的最优工作模式和最优蜂窝用户复用搭档。经仿真验证,相比现有研究方案,本文所提算法可进一步提高系统容量和D2D用户的接入率。考虑到在D2D用户远多于蜂窝用户的蜂窝网络场景中,一对一复用方式下D2D用户的接入数量有限,因此本文提出了一种基于干扰图的D2D资源分配算法。该算法在满足用户的通信质量约束下,允许多对D2D用户复用同一个蜂窝用户的频谱,通过为D2D用户选择合适的蜂窝用户复用搭档来最大化系统容量。该算法首先计算用户的干扰限制区域和效用函数,从而得到复用蜂窝用户频谱的候选D2D用户集合,然后选择元素数量最多的候选D2D集合并构建其干扰图,进而通过求解干扰图的最大独立集来更新候选D2D集合,最后通过删减候选集合中的部分D2D用户,使得蜂窝用户和候选集合中剩余D2D用户的通信质量都能得到保障。本文通过仿真验证了干扰阈值、D2D用户数量和D2D通信距离对所提算法性能的影响,仿真结果表明本文所提算法在D2D用户距离较近时可进一步提高系统容量。