蜂窝通信与设备直通通信混合网络下的资源优化

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2016043

摘要/Abstract

摘要：

设备直通通信通过复用传统蜂窝网络的频带资源，能够充分利用邻近通信对之间良好的信道环境，大幅度降低移动终端能耗，提升系统吞吐量，增加接入链路数目，改善用户的服务质量（quality of service，QoS）。但是频带复用会带来同频干扰，因此资源分配机制的设计受到了广泛的重视。优化了能耗、系统频带利用率、能效（频带利用率与终端总能耗的比值）、接入链路数目和最差接入用户性能这 5 个系统核心性能指标，与此同时保证所有接入链路的QoS 需求。通过仿真，验证了所提算法性能并观察分析了各性能指标优化间的折中关系。

关键词: 设备直通通信, 节能优化, 系统吞吐量, 用户公平性, 性能折中, 资源分配

Abstract:

Device-to-device（D2D）communication underlaying cellular network can greatly reduce the energy consumption for mobile terminals，enhance the aggregate throughput for the system and improve quality-of-service （QoS）experience for individual users by utilizing the proximity gain residing in local communicating pairs.However，intra-cell orthogonality is impaired due to spectral sharing and the design of radio resource allocation mechanism is addressed.Energy consumption，spectral efficiency，energy efficiency，the number of admitted D2D links and the worst individual data rate were optimized and QoS requirement incorporating of all links were guaranteed.With the help of simulations，the efficiency of the proposed mechanism was verified and the trade-offs between different optimization targets was observed.

Key words: D2D communication, energy conservation, system throughput, user fairness, performance trade-off, resource allocation

赵季红,董姣姣,唐睿,曲桦. 蜂窝通信与设备直通通信混合网络下的资源优化[J]. 电信科学, 2016, 32(3): 105-112.

Jihong ZHAO,Jiaojiao DONG,Rui TANG,Hua QU. Resource optimization for device-to-device communication underlaying cellular network[J]. Telecommunications Science, 2016, 32(3): 105-112.

图/表 8

图1

图2

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参考文献 11

[1]	ASADI A ， WANG Q ， MANCUSO V . A survey on device-to-device communication in cellular networks[J]. IEEE Communication Surveys ＆ Tutorials， 2014，16（4）：1801-1809.
[2]	TANG R ， ZHAO J H ， QU H . Distributed power control for energy conservation in hybrid cellular network with device-to-device communication[J]. China Communications， 2014，11（3）：27-39.
[3]	赵季红，王元，唐睿，等. 移动中继多播场景下的节能[J]. 电信科学， 2015，31（4）2015109. ZHAO J H ， WANG Y ， TANG R ， et al. Energy saving optimization for mobile relays in multicast transmission underlying cellular network[J]. Telecommunications Science， 2015，31（4）2015109.
[4]	王元，赵季红，唐睿，等. D2D多播场景下面向节能的资源分配机制[J]. 西安电子科技大学学报， 2016，43（2）：173-178. ZHAO J H ， WANG Y ， TANG R ， et al. Energy-aware resource allocation for underlaid D2D multicast[J]. Journal of Xidian University， 2016，43（2）：173-178.
[5]	YU C H ， DOPPLER K ， RIBEIRO C B ， et al. Resource sharing optimization for device-to-device communication underlaying cellular network[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications， 2011，10（8）：2752-2763.
[6]	ZULHASNINE M ， HUANG C C ， SRINIVASAN A . Efficient resource allocation for device-to-device communication underlaying LTE network[C]// The IEEE International Conference on Wireless and Mobile Computing，Networking and Communication（WiMob）， October 11-13，2010， Ontario，Canada. New Jersey： IEEE Press， 2010：368-375.
[7]	FENG D ， LU L ， Yi Y W ， et al. Device-to-device communications underlaying cellular networks[J]. IEEE Transactions on Communications， 2013，61（8）：3541-3551.
[8]	JUNG M ， HWANG K ， CHOI S . Joint mode selection and power allocation scheme for power-efficient device-to-device（D2D） communication[C]// The IEEE VTC-Spring， May 6-9，2012， Yokohama，Japan. New Jersey： IEEE Press， 2012：1-5.
[9]	WU Y ， WANG J H ， QIAN L P ， et al. Optimal power control for energy efficient D2D communication and its distributed implementation[J]. Communications Letters， 2015，19（5）：815-818.
[10]	JANIS P ， KOIVUNEN V ， RIBEIRO C ， et al. Interference-aware resource allocation for device-to-device radio underlaying cellular networks[C]// The 69th Vehicular Technology Conference（VTC Spring）， April 26-29，2009， Barcelona，Spain. New Jersey： IEEE Press， 2009：1-5.
[11]	GARFINKEL R S . An improved algorithm for the bottleneck assignment problem[J]. Operation Research， 1971，19（7）：1747-1751.

参数	设置
天线参数	模型：全向型；增益：基站/移动终端：14/0 dBi
单信道带宽/信道数目	180 kHz/10个
噪声的功率谱密度和噪声系数	-174 dBm/Hz；基站/移动终端：5/9 dB
C/D用户最大发射功率限制/mW	200/20
D2D用户的SINR门限值/dB	20
蜂窝/D2D链路路径损耗模型	PL_c=128.1+37.6 ×ln（d[km]）；
	PL_d=148.0+40.0×ln（d[km]）

系统			C-SINR/dB
系统	4	9	14	19	24
ST	0.876 2	0.868 6	0.836 1	0.822 0	0.785 4
MR	0.812 3	0.798 1	0.729 7	0.690 0	0.563 7

系统			D2D数目/对
系统	6	8	10	12	14
ST	0.527 4	0.691 5	0.840 3	0.927 3	0.963 2
MR	0.471 6	0.600 1	0.724 8	0.886 2	0.927 7

[1]	康宇, 刘雅琼, 赵彤雨, 寿国础. AI算法在车联网通信与计算中的应用综述[J]. 电信科学, 2023, 39(1): 1-19.
[2]	汪晗, 刁磊, 王梦玲, 荣欣, 李佳珉, 尤肖虎. 工业物联网中URLLC的关键问题分析[J]. 电信科学, 2022, 38(Z1): 77-92.
[3]	贺智敏, 林育哲, 程宇杰, 闫实. 基于无线感知辅助的车联网下行无线资源分配方法[J]. 电信科学, 2022, 38(9): 60-70.
[4]	邹璐珊, 黄晓雯, 杨敬民, 郑艺峰, 张光林, 张文杰. 移动边缘计算中资源分配和定价方法综述[J]. 电信科学, 2022, 38(3): 113-132.
[5]	绳韵, 许晨, 郑光远. 基于NOMA的超密集MEC网络任务卸载和资源分配方案[J]. 电信科学, 2022, 38(2): 35-46.
[6]	丁铖, 陈锦荣, 曹小冬, 王翊. 基于服务质量的层次化结构资源分配算法[J]. 电信科学, 2022, 38(1): 102-111.
[7]	余云河, 孙君. 机器类通信中集中式与分布式Q学习的资源分配算法研究[J]. 电信科学, 2021, 37(11): 41-50.
[8]	吴柳青,朱晓荣. 基于边-端协同的任务卸载资源分配联合优化算法[J]. 电信科学, 2020, 36(3): 42-52.
[9]	李凯,刘伟,罗贵阳,李静林. 以用户为中心的智能化网络运营服务方法[J]. 电信科学, 2020, 36(2): 101-108.
[10]	贾海宇,陈佳,王铭鑫. 无线接入网络中网络功能虚拟化研究综述[J]. 电信科学, 2019, 35(1): 97-112.
[11]	易冰,陈永丽,赵瑞雪. 毫米波5G网络中D2D通信的资源分配方案[J]. 电信科学, 2019, 35(1): 138-146.
[12]	李学华,沈琛,姚媛媛. 基于跨层策略的60 GHz脉冲多用户通信系统性能分析[J]. 电信科学, 2018, 34(9): 70-77.
[13]	葛维春,罗桓桓,周桂平,王英杰,孔祥余,关璐瑶,宋闯,张民,李青. 基于电力光纤到户的网络切片资源管理方案[J]. 电信科学, 2018, 34(9): 153-159.
[14]	张新苹,王园园,田霖,郝树良. 基于业务类型的集中式接入网基站处理资源分配算法[J]. 电信科学, 2018, 34(8): 109-118.
[15]	王正强,成蕖,樊自甫,万晓榆. 非正交多址系统资源分配研究综述[J]. 电信科学, 2018, 34(8): 136-146.