D2D通信在异构网络中的跨层资源管理和协同中继研究

With the popularity of high-performance intelligent terminals and the emergence of new mobile multimedia services, the contradiction between the growing service demands of users and the limited network bandwidth has become increasingly prominent. Device-to-Device (D2D) communication, allows mobile devices to transmit data signals over local peer-to-peer links, which can dramatically increase the spectral efficiency and network capacity by reusing cellular resources. However, the interference between the cellular network and D2D layer due to the resource sharing bring great challenges to the wireless resource management. Also, the new service model needs to deploy more efficient network optimization schemes. For the key issues of D2D communication, this research focuses on resource management techniques with high optimization level and flexible adaptation. The research contents involve the following aspects: Model establishment of interference, energy efficiency, quality of services and cooperative relay transmissions for D2D communication in heterogeneous networks; Cross-layer resource management combining the dimensions of space, time, spectrum and power resources for D2D; Relay and multi-dimension resource optimization for D2D in heterogeneous cooperative networks. This research aims to reduce energy consumption of mobile system, improve network coverage and transmission rate, under the premise of satisfying the quality of services and actual system requirements, including channel rate, transmission bandwidth, delay, and power limitation.

随着高性能智能终端的普及和新型移动多媒体服务的涌现，用户不断增长的业务需求和有限的网络带宽之间的矛盾日趋突出。终端直通（D2D）通信允许设备之间进行局部的点对点传输，其能够通过复用蜂窝资源大幅提升频谱效率和网络容量。然而，资源共享导致的蜂窝网络和直通层之间的干扰给无线资源管理带来了巨大挑战，产生的新型业务模式也亟需部署更高效的网络优化方案。本项目针对D2D通信中存在的关键问题，着眼于高优化度和灵活适配的资源管理技术研究。具体围绕如下内容展开：D2D通信在异构网络中干扰模型、能效模型、服务质量模型和协同中继传输场景的构建；联合空间、时间、频率、功率维度的D2D通信跨层资源管理；D2D在异构网络协作通信场景下的中继策略和多维资源联合优化。本项目旨在满足用户的信道速率、传输带宽、时延、功率门限等服务质量和实际系统要求的前提下，实现降低移动通信系统能量消耗、提升网络覆盖和传输速率的理论目标。

随着高性能智能终端的普及和新型移动多媒体服务的涌现，用户不断增长的业务需求和有限的网络带宽之间的矛盾日趋突出。终端直通（D2D）通信允许设备之间进行局部的点对点传输，其能够通过复用蜂窝资源大幅提升频谱效率和网络容量。然而，资源共享导致的蜂窝网络和直通层之间的干扰给无线资源管理带来了巨大挑战，产生的新型业务模式也亟需部署更高效的网络优化方案。本项目针对D2D通信中存在的关键问题，开展了高优化度和灵活适配的资源管理技术研究。.首先，建立了D2D通信在异构网络多用户MIMO系统中的干扰模型、能效模型、服务质量模型，准确反映系统关键参数随无线信道及干扰环境变化的缩放规律；其次，建立了D2D通信在异构网络中的业务场景，包括基于社交网络的内容推送、两跳协同中继、多跳内容分发，为网络资源优化提供基本模型；然后，提出了D2D在多用户MIMO系统中联合天线预编码、频率分配、功率控制和时域调度的跨层方案，以及内容推送场景下联合用户配对的资源管理方案；最后，提出了D2D在协作传输场景下联合多维资源优化的中继选择、多跳路由策略。本项目在满足用户的信道速率、传输带宽、时延、功率门限等服务质量和实际系统要求的前提下，实现了降低移动通信系统能量消耗和传输时延、提升网络覆盖和传输速率的理论目标。项目总体上实施顺利，基于上述研究工作，发表学术论文18篇，其中SCI检索国际期刊论文9篇；申请发明专利11项；培养博士研究生2名，硕士研究生7名；项目负责人获得教育部自然科学一等奖1项，入选2019年北京市科技新星。