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5G网络中吞吐量最优的D2D通信模式选择

更新时间：2019-12-08 00:24:04 大小：2M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：5g 吞吐量 d2d 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

针对在5G通信网络中,联合资源分配方式下的D2D (Device-to-Device)通信模式选择问题,提出了利用启发式算法代替匈牙利算法对D2D的模式选择进行优化的通信模型;本算法在保证了D2D通信对尽可能多接入的同时,最大化系统总吞吐量.分析结果说明,此算法能显著优化系统总吞吐量,减少用户之间的通信干扰,证明了该通信模型的合理性和高效性.

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2017年第4期

文章编号：1009—2552(2017)04-0094—04

DOI：10．13274／j．cnki．hdzj．2017．04．024

G网络中吞吐量最优的D2D通信模式选择

邱

月1’。，谭

冲1，郑敏1，俞

凯1’3

(1．中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海200050；

2．中国科学院大学，北京100039；3．中国科学院南京宽带无线移动通信研发中心，南京211100)

摘要：针对在5G通信网络中，联合资源分配方式下的D2D(Device-to-Device)通信模式选择

问题，提出了利用启发式算法代替匈牙利算法对D2D的模式选择进行优化的通信模型；本算法

在保证了D2D通信对尽可能多接入的同时，最大化系统总吞吐量。分析结果说明，此算法能显

著优化系统总吞吐量，减少用户之间的通信干扰，证明了该通信模型的合理性和高效性。

关键词：D2D通信；吞吐量最大化；联合资源分配；模式选择；5G

文献标识码：A

maximization for D2

ruel’2，’rAN

中图分类号：TN911

model selection in 5G network

Throughput

Kail’3

Minl，YU

Chon91，ZHENG

QIU

and Information

of Chinese

(1．Institute

Microsystem

2．University

Technology，China Academy，Shanghai200050，China；

Academy

Sciences，Beijing 100039，China；

Broad Band Wireless Communication Research

to the maximization of the

3．Nanjing

Center，Nanjing 211100，China)

resource allocation schemes

Abstract：Specific

system throughput，the joint

are

of the

for

resource allocation

device—to—device(D2D)communication

joint

proposed．Another purpose

schemes is to avoid the

interference between cellular communication and the D2Dcommunication．

strong

the

is to

The core

establish

matrix and find maximum

strategy

algorithm

throughput

the

throughput

improve

the D2Dand cellular users．The

and the number of

according^to

the

results show that

D2D users．

permitted

methods _{significantly}

proposed

system throughput

words：D2D

resource

Key

communication；throughput maximization；joint

allocation；model

selection；5G

在一些链路质量较差的用户需要较高的发送功率，功

率控制的效果会受到限制和影响。文献[2]提出了以

最大化网络的整体容量为目标的干扰避免措施。文

献[3]提出了一种动态的功率控制策略优化方法。文

献[4]通过在CCCH上广播D2D用户分配资源的信

息，使用户得以探测出周围是否有D2D用户，并通过

及时上报给BS，从而避免了两种通信模式的干扰。

以上功率控制策略都是基站集中控制，要求D2D周

期性上报干扰情况，极大增加了信令开销”‘8]。

引言

由于用户对于无线系统高速，高效信息传递的

需求，作为5G通信关键技术之一的终端直接通信

(D2D，Device—to．Device)技术由此诞生，终端直通技

术允许终端跳过基站的转发过程，直接通过复用蜂

窝网络的信道资源，进行点到点的信息直传。相对

于现有的LTE和IMT—A技术特点而言，D2D在频谱

效率，系统容量，传输速率等方面都具有优势。在现

在的研究趋势来看，通信机制，模式选择，资源分配

以及D2D的中继技术的研究都已经有相当的进展。

由于D2D系统主要致力于降低基站转发压力，

因此提高点到点的传输速度，优化系统吞吐量十分重

要。文献[1]中提出，在蜂窝通信中，由于小区边缘存

收稿日期：2016—04一11

基金项目：中国科学院战略性先导科技专项(A类)资助(XDA一

06011100)

作者简介：邱月(1990一)，女，在读硕士研究生，研究方向为宽带无

线通信。

一94一

万方数据

文中假设K<M。同时假设，可以复用的蜂窝通信信

道，只可以容纳唯一的一个D2D通信用户¨ 0|。

本文针对于D2D多用户共享信道的分配问题，

研究了以吞吐量最优化为目标的分配方案。从而设

计了在先决条件下，无线信道在D2D和蜂窝网中的

分配方案并提出了分配算法。

2联合资源分配算法分析

2．1

问题描述

系统模型

在系统模型图1中可以看出，为了提高通信效

率，当第m个上行蜂窝用户的通信链路被第k对

D2D通信对复用时，D2D接收端尺。可以在D2D通

信链路建立的过程中感知上行蜂窝通信链路对

D2D通信对的干扰。所以D2D接收端R的信干噪

比将满足：

文中建立了如图1的系统模型，并且做出如下

假定：该系统模型为含有一个中心基站在内的蜂窝

小区的系统。在该蜂窝小区中存在两种用户：蜂窝

子用户和D2D通信对，蜂窝子用户和D2D通信对

在该小区中随机分配。其中，一个D2D通信对的接

收终端吼及一个D2D的发射终端Js。组成一对D2D

用户对。为了提高小区D2D通信的通信性能和服

务质量，在每一个D2D通信对中，D2D接收终端和

D2D发射终端的距离需要满足一个约束条件，即最

大约束【9J，D2D用户通信的最大距离。后续本文将

详细讨论不同的D2D通信最大距离约束将怎样影

响系统。陆能j

(1)

s舢蛔2意薏 To

其中，Ph是第m个蜂窝上行链路被第而个D2D发

送端Js。复用时的发送功率，Ⅳ0是R接收到的白噪

声，G。是R和s。之间的信道增益，Am,k是蜂窝通信

链路对D2D通信链路的产生的干扰值 J，为保证

D2D链路的有效通信需要的最小信干噪比是％。

D2D。在复用UE。的信道时，发送端s。需具备

的最小发射功率为：

画

)nllnlllli(1afion

link

terferen(· P

link

P(o)一堡!堕± 兰竺!!!

，，、

、。7

k,m—

因此，5。的发射功率应当满足：

P^．。 P：X

D2D。复用UE。的信道时对基站的干扰为：

厶，。=P跏Hk

(3)

其中，峨是．s。和基站间的信道增益。

设，n为系统要求的基站接收信息的干扰门限。

当疋：，o时，即第南对D2D用户可以复用第m个

晒用户的第n个信道资源，令接入准入参数p：譬=

图I

蜂窝小区系统的通信模型

假定通信单小区中分配了Ⅳ个上行信道，K个

D2D通信对(D2Dl，D2D2，，D2D。，，D2DK)以

及M个上行蜂窝用户(UE．，UE：，，UE。，，

UE村)。D2D通信对的通信模式在本方案中有两种

可选，专用通信模式和复用通信模式，这也带来了通

1。若E：时，表示相应的D2D通信对不能与uE用

户复用第n个信道，令哦：=o。

如果D2D通信对可以使用专用信道17．，令

疋：+。=0，即可以认为该用户与一个干扰为0的虚

拟UE用户复用信道n。同理，当UE使用专用信道

时，可以认为该用户与一个对基站干扰为0的D2D

用户复用此信道，此时，碟：+。=0。由上得到一个

信模式的选择问题。专用模式即选用专用子信道用

于D2D通信对的通信( 戈叫 1，V后 {1，，

N× (m+1)× (后+1)的准人控制矩阵9蹦．。+。，

和一个N× (m+1)× (先+1)的干扰矩阵，篡l“I。

K})，且规定，一个专用子信道最多只能用于一个

足

n {C+1，，

D2D通信对的通信( 戈Ⅲ 1，V

设一个信道预分配的三维参数J口：：，p{皇={o，

1}，Vn，m，五，且1 r／, N，1 m M+1，1 ．|}

K+1。

Ⅳ})。在复用的方式中，D2D通信对的通信是通过

复用蜂窝通信中的子信道来实现的。

①当n N，m M，．|2 K时，表示UE用户和

D2D用户可能复用信道n。

在此基础上规定，D2D通信对只能以D2D通信方

式接入系统进行通信，即全部K对D2D通信用户不会

转变为蜂窝用户通信而只能采用D2D模式通信。在实

际问题中，符合D2D通信条件的通信用户很少，所以本

②当n N，m M，矗=K+1时，表示UE用户

专用信道n。

一95—

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