LTE-Advanced系統(tǒng)中基于博弈論的D2D無線資源分配算法的研究.pdf

1、隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，用戶對數(shù)據(jù)速率的要求越來越高，與此同時頻譜資源緊缺的問題日益嚴(yán)重。為擴(kuò)大蜂窩容量，Device-to-device(D2D)技術(shù)已經(jīng)越來越受到關(guān)注。不同于基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，D2D終端不用通過中心協(xié)調(diào)器而直接進(jìn)行通信，不必使用核心網(wǎng)絡(luò)參與，具有低功耗、低時延、高數(shù)據(jù)速率及高頻譜效率等優(yōu)點，然而這些優(yōu)點的實現(xiàn)依賴于有效的資源分配方案。這是由于D2D與蜂窩系統(tǒng)復(fù)用相同的資源，蜂窩系統(tǒng)與D2D系統(tǒng)之間存在著干擾。復(fù)

2、用上行資源時，蜂窩用戶向演進(jìn)的基站(evolved NodeB: eNB)發(fā)送數(shù)據(jù)，eNB受到D2D發(fā)射機(jī)的干擾，而D2D接收機(jī)受到蜂窩用戶的干擾;復(fù)用下行資源時，eNB向蜂窩用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，則蜂窩用戶會受到D2D發(fā)射機(jī)的干擾，而eNB將干擾D2D接收機(jī)。如果這些干擾不能有效地消除，將極大影響D2D系統(tǒng)的性能，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。
　　為了減少這種干擾同時提升小區(qū)的吞吐量，本論文重點研究了在升級版長期演進(jìn)(Long Term Evol

3、ution-Advanced: LTE-A)系統(tǒng)下的基于博弈論的兩種D2D通信資源分配算法，兩種算法均基于復(fù)用上行資源的場景且蜂窩用戶之間資源正交。首先針對一個D2D對只能復(fù)用一個蜂窩用戶的資源的場景，提出了基于Stackelberg博弈的資源分配方案，該方案將eNB和D2D用戶組成一個賣家-買家對，作為買家，D2D用戶如果想使用上行資源完成自己的可靠通信就必須付出一定的費(fèi)用，eNB作為擁有資源的賣家通過向D2D用戶索要一定的費(fèi)用來使自

4、己整個小區(qū)的總吞吐量得到增加，最終既保證了D2D通信的可靠性又增加了小區(qū)的吞吐量。
　　其次針對一個D2D對可以復(fù)用多個蜂窩用戶的資源且?guī)讉€D2D對可以同時復(fù)用一個蜂窩用戶資源的場景，提出了基于重疊聯(lián)盟博弈（overlapping coalitionformation game）的資源分配方案，所有的用戶自主的進(jìn)行分組，并在此過程中考慮了每個用戶的服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service:QoS)要求，此方案將資源共享問題看

5、成是可轉(zhuǎn)移的聯(lián)盟博弈問題且每個D2D用戶都可根據(jù)合并分裂規(guī)則(merge-and-split)決定是否加入到某個聯(lián)盟小組，最終根據(jù)此算法得到穩(wěn)定聯(lián)盟，除此之外本論文還利用離散時間馬爾科夫鏈分析了最終聯(lián)盟的穩(wěn)定性，及不完美信道狀態(tài)信息對穩(wěn)定聯(lián)盟形成的影響，另外對于使用此方法的復(fù)雜度也給出了理論分析。最后分別通過仿真驗證這兩個方案的可行性。
　　本論文的創(chuàng)新點在于:
　　1.分別提出了利用Stackelberg博弈和聯(lián)盟博弈來解

6、決D2D通信資源共享問題，前者聯(lián)合功率和信道分配，將eNB看成是賣家，D2D用戶為買家，兩者進(jìn)行博弈，最終在總速率和D2D通信之間取得均衡;
　　2.提出了D2D用戶在選擇信道沖突時的解決方案;
　　3.基于重疊聯(lián)盟的資源分配方案，不同于之前的一個D2D對只能存在于一個聯(lián)盟中的聯(lián)盟博弈，本論文允許一個D2D對可以同時接入不同的聯(lián)盟，并在形成重疊聯(lián)盟的過程中滿足每個用戶的QoS要求，此方案適用于多個D2D對的一般情況;D2D對