LTE/D2D异构网络的干扰和资源分配算法研究

The heterogeneity of the network, the mobility of the users, the diversity of resources and demands, the inconsistency of transmit power of the terminals have brought great challenge to interference analysis and resource allocation in the LTE/D2D heterogeneous network. Aiming at various of interferences in the network, we plan to establish a global interference information perception algorithm based on algebraic topology. Then we preliminary allocate channels based on the graph theory and optimize the channel allocation through the game algorithm among the users so as to effectively improve network performance. Besides, we will also do research on two-way resource reallocation based on group multiple objective decision-making, establish the multidimensional Markov model and analyze the performance of the resource reallocation algorithm to realize the dynamic load balance of the network and fulfill the goal of further optimization of the network resource allocation. Through deeply theory analysis, computer simulation and necessary experiments, we will make better use of the resources in the LTE/D2D heterogeneous network and the proposed algorithms will be implemented in the practical LTE/D2D heterogeneous network in the future.

在LTE/D2D异构网络中，网络的异构性、用户的移动性、资源和需求的多样性以及终端发射功率的不一致性给干扰分析和资源分配带来了很大挑战。本项目针对网络中的各种干扰，拟建立一种基于代数拓扑的全局干扰信息感知算法，计划基于图论理论初步分配信道，然后通过用户之间的博弈算法对信道分配进行优化，从而有效提高网络性能。此外，我们还将研究基于群体多目标决策的双向资源重配置问题，并建立多维Markov模型分析资源重配置算法的性能，实现网络的动态负载平衡，完成对网络资源分配的进一步优化。通过深入的理论分析、计算机仿真并辅之必要的实验，能够使LTE/D2D异构网络的资源利用得更合理，所提出的资源分配算法在将来能够应用于实际的LTE/D2D异构网络中。

在LTE/D2D异构网络中，网络的异构性、用户的移动性、资源和需求的多样性以及终端发射功率的不一致性给干扰分析和资源分配带来了很大挑战。本项目针对D2D通信，研究了：“D2D应用场景及干扰分析”、“D2D容量分析”、“D2D通信网络的资源优化算法”等主要内容。重点包括：对D2D通信的研究所涉及到的应用场景的多样性与差异性进行了归纳分析；定义了干扰区域，并对一个蜂窝网用户终端（CUE）和一对D2D用户终端（DUE）共享信道情形下的上下行干扰区域的数学特征进行分析并推导出相关公式，得出其与系统阻塞率之间的关系；通过对DUE的信干噪比（SINR）公式的分析，推导出DUE的SINR的概率分布函数和概率密度函数，并基于此求解出DUE的上下行遍历容量；针对D2D通信的呼叫接入控制问题，对系统干扰进行分析与建模，然后基于干扰模型提出呼叫接入控制方案；详细分析了联合呼叫接入控制和功率控制问题，提出了一种联合呼叫接入控制和功率控制方案，并对所提方案的性能进行了分析，最后通过仿真计算求得网络所能容纳的最大用户数和终端的平均发射功率。我们通过细致深入的理论分析和计算机仿真并辅以必要的实验，以期研究成果能达到有效提高D2D通信系统的性能、保证用户服务质量、充分利用频谱资源的目的，所提出的算法在将来能够应用在5G的系统部署及优化中。