D2D通信资源调度研究现状综述

终端直通技术(D2D)是一种终端在基站控制下直接进行通信而不需要基站转发的新型通信技术。D2D引入LTE-A蜂窝系统虽然可以带来吞吐量和频谱效率的提升,但是也会带来很大的干扰。综合近些年来的研究成果,合理的资源调度算法成为降低干扰,提升系统性能的关键。首先,描述了D2D通信技术引入LTE-A蜂窝网络后的系统干扰模型。然后,从模式选择、资源分配和功率控制三个方面综述了目前国内外文献关于资源调度算法的研究成果。     

D2D/蜂窝通信模式切换与联合功率控制方案

设备直连（Device-to-Device, D2D）通信技术通过复用蜂窝系统的频谱资源提高频谱利用率,但D2D的引入会给蜂窝系统带来干扰。如何合理地选择D2D/蜂窝通信模式并进行功率优化控制,成为减小D2D和蜂窝系统间干扰、提升网络性能的关键。本文考虑D2D用户复用蜂窝上行链路场景,提出了一种基于距离和联合功率控制的通信模式选择方案。在该方案中,D2D用户和蜂窝用户与基站距离的比值决定了D2D用户是否采用Underlay模式进行通信,进而在约束蜂窝用户和D2D用户发射功率的条件下实现D2D链路和蜂窝链路的联合功率控制,最终推导出能够最大化系统总吞吐量的最优用户功率分配方案。根据仿真结果,本文提出的联合功率控制方案能够在降低系统间干扰的同时有效提高D2D和蜂窝系统的总吞吐量,进而提高了系统的性能。      

基于用户中断概率的D2D通信干扰协调与资源分配

在LTE系统中引入设备直传(D2D)通信技术,会因为D2D用户复用蜂窝用户资源进行通信而产生同频干扰.在现有的干扰协调与资源分配研究中,都需要基站获取各个通信链路的信道状态信息(CSI),但这样无疑会增加基站的信令负担.为减小干扰与基站的信令负担,提出了一种基于用户中断概率的干扰协调与资源分配算法,首先在保证蜂窝用户正常通信的情况下,通过限制D2D用户到基站间的距离来降低干扰;其次通过遍历所有蜂窝用户的频谱资源,选择能使D2D用户的总中断概率最低的频谱资源进行复用.仿真结果表明,所提算法能够在保证蜂窝用户正常通信的情况下,明显降低D2D用户的平均中断概率,同时还能够降低基站信令负担.     

D2D通信的联合资源分配和功率控制方法

设备到设备(D2D)通信对未来蜂窝网络是一种很有前途的技术,它可以有效地提高系统的吞吐量和延长用户设备的电池寿命。然而,在蜂窝网络中,D2D通信共享频谱会造成干扰。为消除干扰,充分利用D2D通信的优势,提出了一个联合的频谱资源分配和功率控制(RAPC)方法,该方法能够实现总吞吐量最大化,同时保证D2D用户和蜂窝用户所需的最小速率。提出的资源分配和功率控制的优化问题,通过量子粒子群(QPSO)得到近似优化方案的最优解,其中的量子粒子代表资源分配和功率控制的方法,同时制定惩罚函数删除不可行的方法。仿真结果表明,该方法具有更好的性能、系统吞吐量、功率效率和最小速率比其他方法令人满意。     

毫米波D2D通信上下行链路吞吐量优化方案

5G通信技术中终端直通(D2D通信)的功率分配是近期研究的热点,为了提升系统容量和频谱利用率,将毫米波与D2D通信技术结合,在此技术中,针对28GHz频段上行链路及下行链路蜂窝网络中的D2D资源分配进行了研究,将其系统总吞吐量达到最大化算法进行优化。首先,推导出每个D2D对所对应的准入集,其次,在考虑每个D2D对用户以及蜂窝用户功率控制情况下,分别求出上行链路及下行链路中的吞吐量,最后,在保证D2D对总吞吐量最大化前提下将蜂窝用户信道分配给D2D对。仿真结果表明,所提出的方案可以提高系统的吞吐量。     

基于总能效最优化的终端匹配设计和实现

终端直通通信技术(Device-to-Device communication,D2D)是指相距较近的用户设备(user equipment,UE)可不借助于基站而直接进行通信,它可以有效提高传输速率和频谱利用率.受限于电池的容量,基站调度上应尽可能使终端的续航时间更长.为此,本文旨在追求单位能量的传输比特率最大化,即能效最大化目标.本文在构建蜂窝用户与D2D用户资源复用场景下的能效模型基础上,将目标实现分为两个步骤:1)终端最优发射功率的设置,利用准凸函数的性质,通过最优化的方法迭代求解蜂窝和D2D用户各自的最优功率,使得复杂度大为降低;2)利用KM算法实施蜂窝用户与D2D对的配对.通过仿真验证,使用本文提出的算法相对于以最大功率发送的情况下可以获得约40％左右的增益.     

LTE系统中引入D2D技术后的干扰研究

D2D(终端到终端)是一种在LTE(长期演进)通信系统中通过重用小区内蜂窝用户的资源来实现终端到终端通信的新型技术。在LTE中引入D2D后,资源调度也随之发生变化,不仅体现在资源块的使用上,也体现在相应的功率控制机制上。D2D技术在提高系统容量的同时,也带来了新的干扰问题——普通蜂窝通信模式与D2D模式的相互干扰。通过协调好系统内蜂窝通信与D2D通信之间的干扰,可以提高系统的总体性能。     

一种复用蜂窝网络下行无线资源的D2D通信干扰抑制方法

由于蜂窝通信与D2D通信复用相同的小区下行资源,这两种通信方式之间的小区内干扰不能再被忽略。基站的发射功率要比UE的发射功率高出很多,同时实际的下行系统中,基站也不便对每个用户进行功率控制,因此功率控制干扰抑制方案在下行时的效果并不明显。本文从用户调度的角度出发．提出了一种适用于D2D通信复用蜂窝网络下行资源的干扰抑制方法。该方法充分利用的UE的空间隔离度,减少了两种通信模式之间的干扰,提升了整个蜂窝小区的吞吐量。     

蜂窝网络中基于D2D位置的联合模式选择与资源分配方案

蜂窝网络中的D2D(device-to-device,终端直通)技术可以提高频谱资源利用率和用户的吞吐量,然而,D2D通信会对蜂窝用户和其他D2D用户产生干扰,合适的模式选择与资源分配方案就变得相当重要。研究了蜂窝用户和D2D用户的干扰情况,并提出了一种基于D2D位置的联合模式选择与资源分配方案,该方案根据D2D用户在小区中的位置和终端的干扰情况对D2D用户的通信模式和资源的复用方式进行了优化,从而提升系统下行链路的性能。仿真结果表明,相比于已有方案和纯蜂窝方案,采用基于位置的联合模式选择与资源分配方案能得到更高的系统吞吐量。     

D2D通信中一种基于FFR的动态功率控制方案

工作在underlay方式下的D2D(device-to-device)通信利用资源复用共享蜂窝网络中的资源,在提高频谱资源利用率、降低移动终端功耗的同时,会给已有蜂窝网络带来干扰。在保证D2D用户和蜂窝用户的服务质量的前提下,研究了蜂窝用户和D2D用户的功率控制和资源分配问题。首先引入部分频率复用(FFR)实现蜂窝用户和D2D用户之间的资源划分和复用;然后以系统吞吐量最大化为原则,建立优化目标。结合部分功率控制(FPC)的基本思想,进而提出了一种动态功率控制(DPC)策略。仿真结果表明,所提出的方案能够有效地提高多小区系统的性能。     

混合D2D蜂窝网络中基于模拟退火算法的资源调度策略

D2D通信是未来5G网络中一种近距离直通通信方式,在通信过程中,信息直接由发送端传给接收用户,而不需要经过基站的转发.在传统蜂窝网络中引入D2D通信可以极大地提升系统的总吞吐量、增大频谱资源的利用率以及降低发射终端的功耗.主要介绍了一种适用于混合D2D蜂窝网络中的资源分配方法,通过拉格朗日乘子法结合模拟退火算法实现频谱资源的分配,提出一种同时考虑信道容量和能耗的基于模拟退火算法的资源调度策略.本算法在维也纳仿真平台上经仿真验证,相比于传统贪婪优化算法,可以明显增大系统总吞吐量和频谱资源利用率.另外,算法中采用了分布式资源调度方法,D2D用户根据算法步骤自行搜索适合的目标信道并计算其发射功率,可以有效减少基站的信令开销.     

异构蜂窝网络中基于Stackelberg博弈的能效优化算法

设备到设备(Device To Device,D2D)通信允许移动终端无需通过基站而进行直接通信。为提高蜂窝系统能效,引入D2D通信共享频谱资源形成异构蜂窝网络。本文将D2D通信的能效优化问题转化为博弈收益最大化问题,并提出了一种基于Stackelberg博弈的分布式功率控制算法。针对系统模型中存在的跨层干扰以及层内干扰,该算法建立了干扰价格系数与D2D对发送功率之间的函数关系,并求解出给定干扰价格系数下D2D对最佳发送功率的闭合表达式。仿真结果表明所提算法能够在最大化基站端蜂窝用户收益的基础上有效提高D2D对的总能效。      

异构网中D2D通信的模式选择和资源分配的研究

将D2D(Device to Device)和家庭小区技术引入蜂窝网络,是未来第五代蜂窝移动通信(5G)的趋势之一.主要研究由宏基站(MBS)和家庭基站(FBS)组成的异构网中的D2D(Device to Device)通信的干扰问题,并提出了一种新颖的模式选择算法和资源分配算法来减少系统间干扰.仿真结果显示,文中提出的算法可以有效减少干扰,提高D2D用户的速率,增加系统吞吐量.     

蜂窝网络中全双工D2D通信功率控制

在蜂窝网络中,采用全双工传输的设备直通(D2D)通信可以共享蜂窝通信的信道资源,提升频谱利用率和系统吞吐量.针对单对全双工D2D用户复用单个蜂窝用户的上行信道资源时,用户之间会产生同频干扰的问题,提出了一种低复杂度的功率控制算法.该算法在保证全双工D2D用户和蜂窝用户(CU)的服务质量(QoS)的前提下,最大化全双工D2D链路的吞吐量.仿真结果表明,该算法能够提高全双工D2D链路的吞吐量;全双工D2D链路吞吐量取决于蜂窝用户的QoS要求、相对距离以及自干扰消除数量的限制.     

基于链路间干扰辅助的中继D2D系统安全通信方法

在包含中继节点的D2D(Device-to-Device)系统中,针对蜂窝链路与D2D链路同时受窃听的问题,提出一种基于链路间干扰辅助的中继D2D系统安全通信方法.首先,确定蜂窝链路与D2D链路上下行发送模式;然后,在基站与中继节点的发送信号中添加人工噪声,协作干扰窃听者;最后,对基站功率分配与D2D功率控制进行了优化,以实现不同类型链路间干扰辅助保障系统安全.仿真结果表明,所提出的安全通信方法在保密速率方面比SVD(Singular Value Decomposition)与ZF(Zero-Forcing)预编码方法提高了1.5bit/s/Hz.     

基于大规模MIMO和D2D技术的混合网络能量效率研究

文章研究了基于大规模多输入多输出（multiple-input multiple-output,MIMO）和端到端（device-to-device,D2D）技术的双层混合网络及其能量效率,面向D2D用户（D2D user,DU）提出了无线能量采集方案。在该混合网络模型中,宏蜂窝基站由大规模MIMO天线阵列构成,D2D网络覆盖在宏蜂窝之上,与蜂窝网共享频谱。为了保证D2D通信,系统配置了由小规模MIMO天线构成的专用能量发射基站（power beacon,PB）,其通过迫零预编码向能量约束的D2D发射机传送能量;同时,为了提高网络的能量效率,DU还可以从附近蜂窝网用户（cellular user,CU）的射频（radio frequency,RF）干扰信号中采集能量。对此混合网模型和能量采集方案,文章通过假设网络中CU、DU以及PB的位置服从独立泊松点过程和利用随机几何分析方法,基于反功率控制方案得到了网络中任一D2D发射机通过采集足够能量来建立通信链路的概率,其以简单的积分形式给出。分析和数值结果表明,文章提出的无线能量采集方案由于PB的配置保证了D2D通信的可靠性;同时又因为充分利用了附近CU的RF干扰信号,有效提高了D2D用户采集足够能量的概率,节约了PB的能量,改善了系统的能量效率。      

蜂窝网络下终端直通安全通信关键技术研究

无线移动用户和数据的爆炸性增长给蜂窝网络系统容量带来了巨大挑战。终端直通(Device-to-Device,D2 D)通信技术通过提高空间利用率从而提高频谱利用率,在某些场景下使移动通信变得更加直接和高效,缓解基站压力,提高用户体验。首先给出了D2D通信系统的基本概念、组成和特点,并与传统的终端直通技术进行对比。接着综述了D2D通信中的关键技术包括邻居/服务发现、模式选择、资源分配和干扰控制等。重点从安全数据传输协议、用户身份认证和物理层安全三个方面提出了D2D系统中安全机制。最后,对D2D通信技术的发展进行展望,指出未来的发展趋势。     

全双工D2D通信链路能效优化研究

针对在蜂窝系统下引入设备到设备(D2D)通信导致的干扰和能量消耗问题,文章提出首先将D2D通信技术与全双工传输技术相结合,构造一个全双工D2D通信链路场景。然后,在满足用户最小速率要求和功率阈值的条件下,分别解决了功率控制和资源分配问题,以提高全双工D2D通信链路的能量效率。最后,利用序列二次规划算法解决功率控制问题;利用所提出的自适应禁忌搜索算法解决最优资源分配问题。仿真结果表明,与现有算法相比,文章所提算法具有有效的搜索算子和扰动机制,并能以较低的计算复杂度来解决全双工D2D通信链路能效优化问题。     

D2D通信中基于粒子群优化的能效最大化策略

5G中终端的能量消耗和频谱资源问题日益严重,在终端直通技术(D2D)中尤为突出.为了提高D2D对用户(DP)的能效和资源利用率,提出了一种基于粒子群算法的联合功率控制和资源分配策略.以最大化D2 D链路总能效为目标,将构造的资源分配矩阵和功率分配矩阵作为粒子的位置,依照蜂窝用户(CU)和DP服务质量的约束来修正粒子位置和速度,使之适合于原分式规划问题的求解,合理地提升了DP的总能效,实现了一个DP链路能复用多个CU资源.仿真结果表明,所提算法不仅使能效显著提升,而且使资源利用率提高了80%.     

基于CSI及QSI的D2D传输策略

为缓解频谱资源紧缺,提升本地服务质量,在现有蜂窝网络中引入了D2D通信方式,使得距离较近的用户之间可不经由基站直接通信。搭建了D2D通信与蜂窝通信并存的网络结构,并分析了D2D复用蜂窝用户(CU)频谱资源时影响信噪比的干扰因素。为保证CU和D2D用户的通信质量,采用信道状态信息(CSI)与队列状态信息(QSI)相结合的传输策略控制信噪比及时延。对于多CU多D2D对的资源分配问题,采用基于优先级矩阵的分配算法。与二分匹配算法相比,降低了计算复杂度,结果逼近最优解且能稳定收敛。