蜂窝网络d2d通信特性研究

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1、蜂窝网络D2D通信特性研究第一章移动通信以及直连通信技术1.1引言移动通信技术如今已经在人们的日常生活中普及。从十九世纪九十年代马可尼第一个无线通信实验开始，通往真正移动无线通信的道路己经走了很久。当前，为了得到更高的数据速率和更大的系统容量，人们投入大量的人力和物力发展第三代合作项目计划(3GPP)下的长期演进项目（LTE)LTE通常被称为第四代（4G)移动通信技术。为了满足高级全球移动通信系统（IMT-A)提出的更高的频谱利用率并能够支持更多种类业务的要求，国际电信联盟（ITU)正为LTE征集各种备选的无线接口技术⑴。在多种备选的技术中，直连通信技术（D2D)

2、正受到越来越多的关注。成本低、即插即用、节约电池能源并能高效使用带宽资源等优点都是D:2D通信技术在众多技术中脱引而出的原因。D2D通信技术很有可能被集成到后3G(Beyond3G)以致4G的通信网络中[二3]。因此，蜂窝网络下的直连通信技术是当前移动通信领域的一个研究热点，也是未来网络发展的一个方向。本章概述移动通信系统的主要特点和发展历程，D2D通信技术的主要特点和发展。接着讨论蜂窝网络下D2D技术与一般的D2D技术相比的不同之处，为后续的详细介绍打下基础。1.2移动通信的传播环境在移动通信网络中，为了支持系统中终端的移动性，终端之间不可能像有线通信系统一样，

3、用导向性的传输媒体（光缆、电缆等）进行信息交换。在移动通信系统中，终端之间采用非导向性的传输媒体（开放的自由空间）来进行相互之间的通信[4'5]。基于这个最基本的特点，笔者进一步对移动通信进行更加深入的分析并将其主要归纳为以下几个方面。1)无线环境性能差无线传播环境十分复杂，环境中存在的大量散射体及其运动，导致无线信号的传播常常经历深度的衰落，接收端的接收性能很差。具体表现在传播的电波一般是直射波和随时间变化的绕射波、反射波、散射波的叠加，造成接收信号的电场强度起伏不定，最大可相差20?30dB。另外，当终端的运动速度达到一定程度时，接收端接收到的载波频率

4、将随运动速度的不同产生不同的频移，使得接收点的佶兮振幅、相位随时间、地点不断变化，严重影响通信的质量。2)无线频谱资源有限在移动通信中，无线频谱资源是一种不可再生的资源。随着业务量和用户数目的增加，频谱资源的短缺现象越来越严重。近年来，供应与需求之间的缺口更是不断拉响频谱短缺的警报。新的频谱难以获得，很多己固定分配给特定业务的频段却无法被别的业务合法占用。为了满足需求，人们只能在现有频段内研究更加有效的提高频谱资源利用率的方法，如窄带化、缩小频带间隔、频道重复利用等，来增加系统容量并支持不断出现旳新业务需求。3)强干扰环境在移动通信系统中，除了本身的链路经常处于深

5、度衰落之外，一些外部干扰（例如城市噪声、各种车辆发动机点火噪声、微波炉干扰噪声等）和系统内部的干扰（例如不同用户之间的干扰、上下行之间的干扰、不同类型的基站之间的干扰等）也对移动通信的性能造成严重的影响。系统在工作时需要同时考虑各方面的干扰因素来进行资源分配和干扰控制，使系统的工作效果更好。第二章蜂窝网络下D2D的建模第一章已经简单地阐述了在蜂窝网络下引入D2D通信技术的需求和优势。然而，在一种现有的网络架构中引入一种新的通信技术势必与原有的网络产生一定的冲突。如果不能很好地处理两种技术之间的关系，使得两种技术在同一个网络部署下不能很好地融合，那么在蜂窝网络下引入

6、D2D技术不仅不会成为一种优势，反而会成为一种灾难。因此，本章会对蜂窝网络下引入D2D技术场景下蜂窝技术与D2D技术的各种合并方案进行描述，然后对蜂窝网络下加入D2D技术的场景进行必要的系统假设。2.1硬性合并硬性合并是指在蜂窝网络中引入D2D网络之后，任一种网络都不为另一种网络进行必要的修正和改动。换句话说，两个系统只是简单地利用同一块资源，而不做任何的协调和退让。在本文所说的场景之下，就是蜂窝网络依然按照原先的方式进行运作，只是网络中有部分用户接入了D2D网络或者说釆用了D2D通信方式进行通信，系统中的蜂窝用户和D2D用户并不进行相互协调。显然，当一部分用户不

7、再通过基站的转接进行通信时，蜂窝网络的负载（主要体现在基站端需要处理的用户数上）能得到有效的缓解。然而，这或许是硬性合并能带来的唯一好处，而两种网络之间的相互干扰将是灾难性的。在这种互不避让的环境下，蜂窝通信用户和D2D通信用户会产生强烈的互干扰，双方的通信性能都不可能令人满意。蜂窝网络对一些用于传输系统控制信息的控制信道有严格的保护，而这些控制信道上传输的信息，例如调度信息、信道测量信息等，是网络正常运行的必要因素。如果硬性合并场景下的D2D通信用户不对自己使用的频率资源以及采用的发射功率等进行有效的控制，很可能对蜂窝网络的控制信道产生严重的干扰，导致网络信息出

8、错，最终导