论文综述
基于Matlab的5G网络中实现D2D资源分配算法研究
- 引言
随着移动通信技术的发展，对带宽需求逐渐增大，无线频谱资源日益紧缺。如何充分利用有限的频谱资源，提高频谱利用率，已经成为了研究的热点问题，端到端通信技术，作为5G通信的一个关键技术，它允许蜂窝网络中的两个用户在距离很近的条件下可以直接通信，而不用通过基站。它可以共享蜂窝系统用户的频谱资源，因此它提高了系统的频谱利用率，降低了基站的负载。但是由于D2D通信共享了蜂窝网络的频谱资源，二者之间会产生同频干扰。干扰大的情况下会严重影响用户的通信质量，降低系统整体性能。因此D2D用户和普通用户之间需要很好的协调。通过合理的资源分配、功率控制和模式切换方法，可以明显降低两种用户之间的互相干扰，提高系统性能，因此本课题主要研究基于博弈论的算法来进行资源分配并调节用户的发送功率，协调用户之间的干扰，提高用户整体的吞吐量。
二．研究的意义
通信技术的飞速发展，移动通信已经成为人们生活中必不可少的部分，终端设备和应用程序的数量与日俱增，因此蜂窝网络的设计也体现出如何获得更高传输速率的要求，但与此同时，可用的频谱资源正变得越来越少。D2D通信作为未来无线通信的关键技术，受到了广泛的关注，设备到设备的通信技术是一种短距离通信技术，可以在基站控制下使数据链路不经过基站而在终端间直接进行传输，提高频谱利用率和小区中用户数据传输速率，同时D2D设备的部署成本较低，能在无线网络中广泛分布，提高无线网络的覆盖能力，增强通信网络的负载能力，实现频谱资源的高效利用，尽管D2D通信技术可以改善无线通信中频谱资源不能被充分利用的现状，但它的引入也给无线通信系统带来了压力，若D2D设备与蜂窝设备共享相同频段的无线资源，D2D通信链路与蜂窝通信链路间会形成干扰，若多个D2D设备在同一时刻共享相同频谱资源，D2D链路间也会产生干扰，为了增大D2D的传输速率同时保证蜂窝用户的速率的情况下，我们引入了博弈论，博弈论作为现代数学领域中一个新分支，主要研究多个竞争参与者应对竞争环境制定对应策略以获得最大利益的问题，通过对D2D设备和蜂窝设备建立博弈模型，为拍卖博弈，建立D2D用户和蜂窝用户的效用函数，为使二者的效用函数最大，求出D2D发送设备和蜂窝用户发送功率的纳什均衡解，从而增大D2D用户和蜂窝用户的传输速率。
三．研究的目的
随着用户所处环境中的无线网络数量和移动终端设备数量的爆炸式增长，以及网络融合对网络资源需求的不断扩大，提供业务的方式将会走向网络与终端共同服务用户的趋势。在此情况下，提供有效可靠的通信服务就成为了5G网络中关心的核心问题。由于目前频谱资源的局限性，因此对D2D共享用户设备频谱资源的研究至关重要，通过一定的算法减少D2D上行链路通信过程中的干扰提高用户的传输速率能在一定程度上缓解频谱资源的紧缺形式，因此本课题主要研究5G网络中频谱资源的分配算法。
四．国内外研究现状
D2D通信早先用作于通用移动通信系统中的一种Ad.Hoc多跳中继协议，该协议要求用户每隔一段时间间隔侦听附近的用户，判断其是否可能成为中继点，然而，采用这种持续侦听的方法时，即使在小区中没有检测到中继点，系统也会不断产生开销。2008年，高通公司首次提出了真正意义上的D2D通信技术，不再局限于一种服务并且也不会造成额外的开销，从2009年开始，欧洲的WINNER 项目对D2D通信技术展开全面研究，Klaus Doppler等人针对D2D通信中出现的资源分配、干扰消除、功率控制等问题进行了一系列的研究工作，旨在全面提升IMT-Advanced中，D2D通信的应用场景和服务质量也正被不断的扩展和研究。
