D2D通信中联合链路共享与功率分配算法研究

针对D2D （Device-to-Device,D2D）通信过程中的资源分配问题,提出一种联合链路共享和功率分配算法.在保证系统内蜂窝用户服务质量（Quality of Service,QoS）需求的前提下,利用系统的信道状态信息,为D2D用户生成一个由蜂窝用户组成的通信链路的候选集合;在通信链路候选集合内使用凸优化方法得到D2D用户最优功率分配策略;最后利用（Kuhn-Munkres,KM）算法求解最大加权二部图匹配（Maximum Weight Bipartite Matching,MWBM）问题,为D2D用户选择最优的蜂窝用户进行资源共享.仿真结果表明该算法能有效的提升通信网络的吞吐量,可以为D2D用户选择最优的资源分配策略.     

异构网络中基于能效优化的D2D资源分配机制

针对异构网络中D2D通信复用蜂窝用户频谱时存在的频谱分配问题,该文提出一种基于改进离散鸽群优化(PIO)算法的D2D通信资源分配机制。通过设置信干噪比(SINR)门限值来保证用户的通信服务质量(QoS),采用功率控制算法为用户设置发射功率,使用基于运动权值的二进制离散鸽群优化(MWBPIO)算法为D2D用户进行资源分配,并将D2D通信技术与中继技术进行有效结合,为边缘用户建立D2D中继链路,保证边缘用户的通信质量,最大化系统性能目标。仿真结果表明,该方案有效抑制了异构通信系统中引入D2D用户后导致的干扰问题,提高了边缘用户的通信质量和系统的频谱利用率以及系统的能效。     

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.     

基于D2D通信系统中的一种跨层中继选择算法

在D2D通信系统与蜂窝网络共存的场景下,引入中继节点可有效提高D2D链路的吞吐量和D2D用户对蜂窝用户的干扰。文中基于译码转发模式,结合跨层协作通信的思想,提出了一种基于物理层和数据链路层的跨层中继选择算法。该算法结合物理层的信道状态信息和数据链路层的队列状态信息,两个参数进行最优中继节点的选择。并最终通过仿真验证表明,基于跨层中继选择算法可提高通信系统的吞吐量,同时降低了通信系统的平均时延和数据包错误率。     

D2D通信中一种资源分配与功率控制结合的方案

以underlay方式工作的D2D(Device-to-Device)通信通过资源共享复用蜂窝网络中的资源,在提高系统资源利用率的同时,对已有蜂窝链路带来了同频干扰。为了减小因无线资源复用带来的干扰,提出了一种资源分配与功率控制相结合的方法。以最小化系统干扰为目的,通过在D2 D链路之间合理地分配资源,保证了蜂窝链路的通信质量;同时动态地调整D2 D链路的发射功率,在保证相应蜂窝链路干扰可控的情况下,合理提高了D2 D链路的通信质量。仿真结果表明,与现有方案相比,所提出的算法能够有效地提高D2 D通信与蜂窝用户共存场景下的系统性能。     

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/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。      

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%.     

基于安全中断概率的D2D安全接入策略

针对D2D蜂窝系统通信安全性受资源限制的问题,考虑到蜂窝链路和D2D链路的同频干扰能够为两者带来安全增益,基于此,提出一种基于安全中断概率的D2D用户接入策略。首先理论分析了蜂窝用户和D2D用户的安全中断概率,并给出了基于安全中断概率最小化的D2D用户功率优化算法。在上述分析的基础上,选择安全中断概率最小的D2D用户接入复用蜂窝用户的无线资源,同时提高D2D通信链路和蜂窝上行链路的安全性。最后,仿真结果证明了所提算法的有效性。     

Research on maximizing energy efficiency for relay-aided D2D communication

In order to optimize the energy efficiency for relay-aided D2D communication underlaying cellular network,an algorithm was proposed while guaranteeing the quality of service of D2D users and cellular users.Firstly,the problem was formulated as a mixed integer nonlinear fractional programming problem,with the goal of maximizing the energy efficiency of all D2D users.Then,the maximizing energy efficiency problem was divided into three sub-problems,such as power allocation,relay selection and subcarrier assignment.Finally,the power allocation problem,the relay selection problem and the subcarrier assignment problem were addressed by Dinkelbach method and Lagrange multiplier method,Q-learning and Hungarian algorithm,respectively.The simulation results show that the proposed algorithm can improve the total energy efficiency of D2D users compared with existing algorithms.     

基于图着色的加权优先D2D资源分配算法研究

针对蜂窝用户与D2D用户所构成的异构网络系统中同频干扰问题,提出一种基于图着色的加权优先D2D资源分配算法.该算法不仅允许多个D2D用户复用一个蜂窝用户资源,而且能够实现简单功控.首先建立异构干扰图,对系统终端用户及干扰类型进行分类异构.然后计算着色优先级,考虑各种影响因子以提升算法的实用性.最后再由分配结果进行组内功率控制,以满足绿色通信的要求.仿真表明,该算法不仅可以降低系统用户接入损失率,提高系统吞吐量,而且还减少了功率消耗.     

基于改进图着色的D2D资源分配和功率控制

针对蜂窝网络中D2D（Device-to-Device）用户复用蜂窝信道带来的同频干扰问题,提出了一种基于改进图着色的资源分配和功率控制算法。首先通过构建干扰图和候选集进行用户之间干扰关系建模,并定义指数型累积因子改进图着色算法,为D2D用户分配蜂窝信道;再采用基于信干噪比的闭环功率控制算法动态调整D2D用户发射功率,减小由于信道复用产生的干扰。仿真结果表明,与现有算法相比,所提算法能够有效提升系统吞吐量和D2D用户接入率,实现信道资源的合理分配。     

能量收集多跳D2D无线传感网络中的中继选择算法

针对无线功率传输技术的能量收集效率有限造成信噪比下降进而引发通信中断率增加的问题,在能量收集多跳D2D(Device to Device)无线传感网络中,提出一种基于改进K-means聚类的中继选择方法。首先,推导得到能量收集下的信噪比因子,使其作为K-means聚类特征。然后,利用最小欧氏距离原则得到距离聚类中心最近的实际节点的位置。最后,根据距离重排序得到中继节点,形成从源节点到目的节点的通信链路。仿真实验结果表明,相比最短路径算法和随机中继协作方案,所提出的改进算法链路信噪比更大,能够减小通信中断率,具有更好的中继性能。     

Resource allocation and dynamic power control for D2D communication underlaying uplink multi-cell networks

Underlaying device-to-device (D2D) communication is suggested as a promising technology for the next generation cellular networks (5G), where users in close proximity can transmit directly to one another bypassing the base station. However, when D2D communications underlay cellular networks, the potential gain from resource sharing is highly determined by how the interference is managed. In order to mitigate the resource reuse interference between D2D user equipment and cellular user equipment in a multi-cell environment, we propose a resource allocation scheme and dynamic power control for D2D communication underlaying uplink cellular network. Specifically, by introducing the fractional frequency reuse (FFR) principle into the multi-cell architecture, we divide the cellular network into inner region and outer region. Combined with resource partition method, we then formulate the optimization problem so as to maximize the total throughput. However, due to the coupled relationship between resource allocation and power control scheme, the optimization problem is NP-hard and combinational. In order to minimize the interference caused by D2D spectrum reuse, we solve the overall throughput optimization problem by dividing the original problem into two sub-problems. We first propose a heuristic resource pairing algorithm based on overall interference minimization. Then with reference to uplink fractional power control (FPC), a dynamic power control method is proposed. By introducing the interference constraint, we use a lower bound of throughput as a cost function and solve the optimal power allocation problem based on dual Lagrangian decomposition method. Simulation results demonstrate that the proposed algorithm achieves efficient performance compared with existing methods.     

Energy‐efficient resource allocation in D2D communications for energy harvesting–enabled NOMA‐based cellular networks

In this paper, we propose an energy‐efficient power control and harvesting time scheduling scheme for resource allocation of the subchannels in a nonorthogonal multiple access (NOMA)–based device‐to‐device (D2D) communications in cellular networks. In these networks, D2D users can communicate by sharing the radio resources assigned to cellular users (CUs). Device‐to‐device users harvest energy from the base station (BS) in the downlink and transmit information to their receivers. Using NOMA, more than one user can access the same frequency‐time resource simultaneously, and the signals of the multiusers can be separated successfully using successive interference cancellation (SIC). In fact, NOMA, unlike orthogonal multiple access (OMA) methods, allows sharing the same frequency resources at the same time by implementing adaptive power allocation. Our aim is to maximize the energy efficiency of the D2D pairs, which is the ratio of the achievable throughput of the D2D pairs to their energy consumption by allocating the proper subchannel of each cell to each device user equipment (DUE), managing their transmission power, and setting the harvesting and transmission time. The constraints of the problem are the quality of service of the CUs, minimum required throughput of the subchannels, and energy harvesting of DUEs. We formulate the problem and propose a low‐complexity iterative algorithm on the basis of the convex optimization method and Karush‐Kuhn‐Tucker conditions to obtain the optimal solution of the problem. Simulation results validate the performance of our proposed algorithm for different values of the system parameters.     

协作D2D异构网络的联合资源分配和功率控制

针对下行协作D2D(Device-to-Device)异构网络中复用蜂窝用户的联合资源分配和功率控制问题,提出了一种量子珊瑚礁优化算法(Quantum Coral Reef Optimization Algorithm,QCROA)。首先,构建异构网络模型并推导得到整个网络总吞吐量的数学表达式;其次,基于QCROA算法分析全局最优量子珊瑚的测量状态,提出最优联合资源分配和功率控制方案;最后,通过仿真验证QCROA算法的优越性。实验结果表明,在不同网络通信场景下,QCROA算法均表现出良好的适应性,其收敛速度和种群多样性均优于其他基于智能优化算法的方案,在迭代次数达到1 500次时即可获得吞吐量最高的全局最优。     

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.