嵌入D2D的蜂窝网络中基于功率效率的功率控制研究

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新一代蜂窝移动通信系统正向更广的覆盖范围、更大的资源利用率、更高的系统容量以及绿色节能的目标发展。然而,蜂窝移动通信可用的频谱资源十分有限,如何在有限的频谱资源条件下实现上述发展目标成为业界的研究重点。业界主张将D2D通信技术引入到蜂窝网络中,旨在增加系统的频谱利用率、提升系统容量、减轻基站负荷、降低设备功耗等。本文主要对嵌入D2D通信技术的蜂窝网络中基于功率效率的功率控制开展了一系列探索性研究。首先,针对基于非协作博弈迭代算法在求解时仅最大化每个终端所能达到的功率效率,而并没有顾及整体的优化目标这一不足,提出一种基于SINR增量迭代的求解算法。该算法的基本思想是:采用分步迭代的方式,在每次迭代过程中增加D2D通信接收端的SINR或者增加蜂窝通信接收端的SINR,或者同时增加D2D通信接收端与蜂窝通信接收端的SINR,使得优化模型的效用函数得到提高;而选择增加哪类设备的SINR则取决于增加该设备的SINR所带来的收益情况,我们用前后两次迭代中效用函数的增加量来代表收益,收益越大,则增加其SINR。该算法是一种基于部分遍历的做法,通过有选择性的增加设备的SINR使得遍历过程朝着效用函数逐渐增大的方向前进,该算法不依赖于特定的效用函数,具有普适性,可作为在有限时间复杂度内的次优解求解方案。然后,重点研究了基于综合功率效率最大化的功率控制策略。针对现有研究中基于用户总功率效率最大化的功率控制策略并不能很好的反映每个用户真实的功率效率情况,我们首先提出一种基于最低用户功率效率最大化的功率控制策略,可保证系统中每个通信终端的功率效率都不至于太低,这对于电池供电的终端而言,可在续航能力受限的条件下提高终端进行数据交互的能力。其次,我们将以最大化系统功率效率为目标的功率分配由全网优化退化为在D2D基本单元内进行。最后,提出一种基于综合功率效率最大化的功率控制策略,即构建一个可同时反映用户功率效率和系统功率效率的目标函数,并采用基于SINR增量迭代的求解算法进行求解。该策略兼顾了用户的功率效率以及系统功率效率,在这两个方面都可以取得较好的性能,且对这两个方面的趋近程度可根据一个比例因子来调整,是一种可动态适应不同系统需求的方案。最后,通过一系列的仿真实验证明我们所提出的求解算法和功率控制策略是合理且有效的。
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