目  录

摘  要

ABSTRACT

1. 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 3

1.3论文研究内容 4

2. 相关背景知识介绍 6

2.1D2D技术 6

2.1.1 D2D技术的概念及优势 6

2.1.2 D2D的无线资源共享方式 6

2.2中继技术 8

2.2.1 中继技术的优势概述 8

2.2.2 中继的分类 8

2.3基于中继的D2D无线通信系统相关研究 9

2.3.1 典型衰落信道 9

2.3.2 不同信道模型下基于中继的D2D无线通信系统研究现状 10

2.4本章小结 11

3. 单向DF中继辅助D2D通信系统的联合功率优化方案研究 12

3.1引言 12

3.2系统模型 12

3.3功率优化方案 14

3.4仿真结果 18

3.5本章小结 20

4. 基于蜂窝网络的D2D通信传输模式切换方案研究 21

4.1引言 21

4.2系统模型 21

4.3遍历系统容量 22

4.3.1 MODE1：传统D2D通信模式 22

4.3.2 MODE2：AF中继辅助D2D通信模式 23

4.3.3 MODE3：DF中继辅助D2D通信模式 23

4.4模式切换方案 24

4.5仿真结果 27

4.6 本章小结 28

5. 基于Nakagami-m衰落的D2D通信系统性能分析与优化 30

5.1引言 30

5.2系统模型 30

5.3中断概率 33

5.3.1中断概率精确解 34

5.3.2高信噪比下的近似解 36

5.3.3弱干扰下的近似解 36

5.4遍历可达速率 37

5.4.1遍历可达速率的上下界 37

5.4.2高信噪比下的近似解 38

5.4.3弱干扰下的近似解 39

5.5功率优化 39

5.6系统仿真 41

5.7本章小结 45

参考文献 46

已有成果 50

附录 51

致谢 62

 

摘　　要

 

随着5G时代的到来，海量多媒体业务得到迅速普及，如何提升网络传输速率、降低用户能耗、提升网络容量等成为亟待解决的问题。D2D技术通过建立短距离用户间直接通信，可以有效解决上述问题。由此，D2D技术被列为5G关键技术，成为无线通信领域的研究热点。基于中继的D2D技术相比于传统D2D技术，在远距离和强干扰环境中能够实现更加优化的通信质量。本文研究传统D2D通信场景以及基于中继的D2D通信场景的系统性能以及资源优化方案。，

首先，本文考虑单向DF中继辅助的D2D通信场景，推导蜂窝链路与D2D链路的可达速率，并在此基础上提出了一种低复杂度的功率分配方案，以最大化系统合速率。仿真结果显示，采用了本文提出的功率分配方案后系统的可达和速率在强弱干扰两种场景下均得到了显著提升。

其次，本文考虑D2D用户分别位于两邻近小区边缘的场景，分别研究了三种通信模式：传统D2D通信模式、单向AF中继辅助D2D通信模式以及单向DF中继辅助D2D通信模式。通过比较各模式间的D2D可达速率提出了一种高效的模式切换方案，以最大化系统可达速率。仿真结果显示，本文提出的模式切换方案使得D2D用户始终以最优的通信模式进行通信。

最后，本文研究了Nakagami-m衰落模型的D2D通信系统的系统性能。推导了中断概率的闭和表达式，提出了遍历可达速率紧致上下界的闭和表达式，分别分析了高信噪比以及弱干扰两种特殊场景，得到了近似解的闭合表达式。此外，本文还提出了一种功率分配算法，在保证系统中断性能的前提下，最优化系统的遍历可达和速率。

关键词：

D2D通信；中继技术；功率分配；模式切换；Nakagami-m衰落