异构网络中跨层干扰受限的分布式D2D功率控制研究文献综述

文献综述

1.本课题研究的现状及发展趋势：

随着数据业务和智能终端的发展,移动通信对高速率、大容量以及QoS保障有了更高的要求。如何在频率资源有限的条件下,研究提高频谱利用率、扩大系统容量的新技术,支撑通信业务日益增长的需求,成为了业界研究的重点，D2D (Device-to-Device)通信应运而生^[1]。 D2D通信能够有效提高频谱利用率、减轻蜂窝基站负荷、降低端到端通信时延并提高整体系统吞吐量。该技术不仅可以缓解当前频谱资源短缺的现状,还可以减缓基站负担,减少传输时延。但D2D通信引入蜂窝通信系统的同时,会带来严重与复杂的干扰问题。

因此,如何设计合理的D2D通信资源分配算法,从而有效抑制蜂窝用户和D2D用户之间的同频干扰成为D2D通信技术的研究重点^[2]。此外，D2D 通信又称终端直通技术，是指允许设备之间进行直接通信，从而不需要基站进行转发。D2D 通信根据其是否使用授权频段可以分为带外 D2D 通信和带内 D2D 通信。与带外 D2D 通信相比，带内 D2D 通信可以有效地控制干扰从而为用户提供更好的服务。因此我们针对带内 D2D通信进行研究，带内 D2D 通信又存在 3 种通信模式，分别是蜂窝模式、专用模式、复用模式^[3]。

因此，如何进行 D2D 通信模式的选择是一个重要的问题，其次，当D2D 对复用蜂窝下行链路进行通信时，会与使用相同信道的用户产生相互干扰，这些干扰会严重影响系统性能^[4]。为了解决异构网中资源分配问题，我们引入了博弈论的数学思想。博弈论：博弈论主要研究不同参与者之间的竞争，使所有参与者之间利益都达到最大化。其中参与者可以是人、节点、以及其他类型资源。所有参与者均有自己的博弈策略，即使各自利益最大化采取行动^[5]。本次主要基于斯坦科尔伯格（Stackelberg）博弈模型进行研究，斯坦科尔伯格博弈模型主要核心内容是：参与者根据观念到到的领导行为来做决策，领导有先动优势。D2D通信网络使用博弈论来分析问题时必须满足几个条件(1)D2D通信网络中博弈的主体必须达到两个或两个以上；(2)博弈主体至少拥有一个以上的行动策略；(3) 博弈主体的行为需要符合一定的规则这是分析D2D资源管理与分配的必要条件^[6][7]。在运用此模型解决问题中集中式跟分布式功率控制方案能够更好的增加系统的吞吐量，设计功率自适应算法以及干扰定价因子更新算法从而最大化D2D链路和速率。通过MATLAB仿真来验证分析需要的结果^[8][9]。

将D2D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。无线设备将成为互联网的接入的主体，D2D技术能够大幅提高提高系统吞吐量、提高瞬时传输速率和提升系统性能极大的方便以及改善了人们的生活^[10]。

2.研究意义和参考价值：

1.D2D技术可以通过复用小区频谱资源提高频谱利用率，有效降低基站负荷保证了网络的Qos及鲁棒性^[11][12]。

2.利用D2D通信特点可以将通信中端的一方作为中继，提高网络覆盖范围^[13]。

3.与传统的通过蜂窝基站进行数据转发的方式不同，D2D通信双方直接发送数据，仅需要一跳即可完成数据传输，因此它只需要一条通信链路即可实现通信，节约了资源^[15]。