【毕业论文代写代发】密集D2D网络中提升接入率的资源分配研究
论文作者:草根论文网 论文来源:www.lw360.net 发布时间:2017年03月21日

终端直通(Device -Lo -Device)技术是通过复用蜂窝用户的资源进行近距离通信的一种通信方式,该技术有效地提高了频谱效率和系统吞叶量。D2D通信时不经过基站的中继便实现彼此问的直接通信,因此有效地减轻了基站的处理负担。D2D通信受基站控制,并工作在许可的频段下,从而拥有稳定的通信环境。

随着车联网、物联网等网络的不断发展,未来近距离通信需求量将越来越大,越来越多的通讯将划入直通通信领域,因此,如何增大系统的接入率是目前急需解决的问题。文献【1]提出了一种基于分布式高校招生博弈的多标准分配方案,D2D链路通过相互竞争进行资源分配。文献【2]提出了基于干扰对齐技术的方案来降低D2D用户对蜂窝网络的影响以上方案可以有效协调稀疏D2D蜂窝网络中蜂窝用户与D2D用户之问的干扰,但是不适用于高密度D2D蜂窝网络中。文献【3]提出了一种基于博弈论的D2D资源分配算法。首先构造基于最小化系统整体干扰的非合作博弈效用函数,同时考虑了系统中D2D用户之问的干扰以及D2D用户与蜂窝用户之问的干扰,以干扰量的总和作为博弈结局的判定条件。但是该方法采用的竞争博弈思想,当D2D用户足够多时,可能在达到纳什均衡状态之前,D2D用户对蜂窝用户的干扰就已经超出了基站所能容忍的范围。文献[4]将小区边缘地区划分为若干个区域,并定义了3种区域划分方式,对称区域所在D2D用户可同时共享同一蜂窝用户的频谱资源。但是将小区边缘分为若干个区域的实现也较为复杂。

针对以上存在的缺陷,本文采用多对一的D2D传输模式,即多个D2D对能同时复用同一个蜂窝用户的资源,提出一种以最大化接入率为目的的资源分配算法,所有的蜂窝信道在基站的管理下,根据限制条件不断接入最适合接入该信道的D2D用户,然后使用拉格朗日算法求出最大吞叶量的功率解,直到最终没有任何一条D2D链路满足接入条件或者系统内所有D2D用户接入完毕为比。此时,说明信道已达到最大负载状态。

1系统场景

如图1所示,终端直通链路如图中的D2D,蜂窝链路如图中的CU,D2D链路通过复用蜂窝信道进行通信,取其中一条复用对为例,T_ x表示D2D发射端,R_ x表示D2D接收端,干扰情况如图所示。假定在一个小区中存在M个蜂窝用户和N条D2D链路对,D2D链路通过复用蜂窝用户的上行信道进行通信。蜂窝用户的集合为C={c}li=1,2,3,  }}} ,M},D2D链路的集合为D={d;lj=1,2,3,}}},N}。由于基站的抗干扰能力比终端强,所以,规定D2D用户复用蜂窝上行信道,则D2D链路对蜂窝用户的干扰主要集中于基站端。为了保护蜂窝用户,设置以基站为中心、半径为R的区域为D2D限制区域f41即所有D2D通信均不得在此区域内进行,对于该区域内的D2D对只能以蜂窝模式接入网络、

2数据分析

RB表示蜂窝信道,巾表示空集,定义3个集合口,R;,U,其中,口表示已经接入RB的D2D集合,R表示满足接入RB条件的D2D集合,U表示还未接入网络的D2D集合。规定初始态时凡=口=巾,本文通过信干比以及功率的门限条件求解集合R,然后从R选取信道增益最优的D2D链路接入RB,同时使用拉格朗日乘数法求出最优功率解,计算出接入增益。当出现其他蜂窝信道竞争该D2D链路时,则通过竞争过程将此D2D链路接入一条能为系统带来最大复用增益的蜂窝信道中。直到蜂窝信道RB上的干扰已经无法容忍其他的接入者接入为比,如此,则蜂窝信道RB达到最大负载状态.

对于一条D2D链路DU接入蜂窝信道RB的前提条件是存在一对功率沪} } P:)满足以下条件:

blob.png 

然而,仅满足这一点只是说明该D2D对与蜂窝用户可以进行匹配,无法保证该D2D链路与簇内其他D2}链路相互干扰在可接受范围内。若以元素。ATx(' A Rx表示D2D、的发射端与D2D*的接收端之问的信道增益,只有。ATx}' A Rx足够小时,在一:限发射功率以内,两者之问的相互干扰才不会太大。因此,对于每一个被选入R的D2D用户D2DA,以最大功率发射时对集合R中的其他用户构成的干扰值仍不会超过门限范围,则可以有效避免D2}对之问的相互干扰约束模型如下:

blob.png 

即所有当前接入RB的D2D发射端都不可以对此用户的接收端构成不可容忍的干扰,同时,该用户也不可以对当前已经接入RB的D2D用户构成不可容忍的干扰,且该用户必须是当前未被接入网络的用户,以及该用户与蜂窝用户CU功率对存在可行域f}l。使用拉格朗日乘数法求出集合R内所有用户接入增益.选择接入增益最大的一个D2D对接入信道RB。根据香农公式,RB中总信道容量为:

 

blob.png 

对于式(3),若要求出其最大化值,可以通过拉格朗日算法加以求解.构造拉格朗日方程如下

blob.png

 

由于系统中统一由蜂窝用户自行选择接入者,可能存在一个D2D用户被多条蜂窝信道竞争的情况,因此,此处存在一个资源竞争过程,若假设有、个参与者,则收益模型如下: 

对于某一条D2D链路,其接入蜂窝信道RB的接入士曾益可以表示为: 

blob.png

在竞争过程中所有竞争者统一出价,如果RB出价所得的收益比其他竞争者都高,则D2D接入RB信道,否则,将由其他出价最高者获得该D2D链路,而RB返回重新更新R,重新选取最优D2D链路接入,随着接入D2D数目的不断增多,引入的同频干扰也在逐步增大,直到R为空集或者所有用户均已无法满足以下条件为比:

blob.png 

此时,说明信道RB上已经达到最大接入状态。算法流程如图3所示、

blob.png 

3仿真分析

本文使用LTE蜂窝模型,在LTE -FDD单小区蜂窝系统中作系统级仿真f}l,所有的D2D用户均复用蜂窝上行信道进行通信,具体仿真参数见表1}

由图4可以看出KM匹配算法fRl只能适用于稀疏D2D网络,当系统中D2D用户数N大于蜂窝用户数目M时,最终只有M个D2D链路可以通过匹配接入网络,而本文算法以及文献【9]的基于博弈论的D2D资源分配算法可以使更多的D2D用户接入网络,且随着D2D数目增多,本文算法比博弈论具有一定的优势。图5反映的是D2D链路对的空问距离与接入率的关系,当D2D对的空问距离达到一定程度时,D2D对的信道增益将非常小,直到最终没有达到信干比要求的功率解,则D2D接入率降为零,而D2D通信距离一般选择4080 m距离,由图中可见在该区问内本文算法较前面两种算法有一定优越性。图6反映的是系统吞叶量的累计分布状况,系统接入率的增大将引入更大的复用增益。

4结束语

D2D通信是一种复用蜂窝资源进行通信的近距离数据传输技术.在蜂窝网中引入D2D通信可以提高系统吞叶量以及频谱资源利用率。随着物联网的发展,传统的蜂窝模式频谱资源利用率较低,D2D通信可以很好地解决频谱稀缺的问题。本文针对密集D2D网络中提升D2D接入率的问题,提出一种信道负载最大化(Channel load maximization)接入的资源分配方法。经仿真验证,该算法相比传统资源分配算法拥有更高的D2D接入率,而且随着D2D密集程度的增大,该算法的优势愈加明显


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