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基于博弈论的蜂窝网络D2D通信资源分配算法研究

摘要

随着通信技术的快速发展，海量的用户需求与紧缺的频谱资源之间的矛盾日益突出。

设备到设备(DevicetoDevice,D2D)通信技术能有效降低蜂窝网络基站的负载，并通过复

用蜂窝用户的频谱有效缓解蜂窝网络频谱资源紧缺的问题。然而，蜂窝网络D2D通信

系统中通信资源的不合理分配不仅会造成资源浪费还会产生严重的同频干扰，导致系统

吞吐量下降。因此，本论文以提高系统吞吐量为目标，针对蜂窝网络D2D通信系统中

用户处于静止状态和运动状态时的资源分配问题进行研究。

首先，当蜂窝网络D2D通信系统中用户处于静止状态时，针对复用模式下蜂窝用

户采用固定最大发射功率对D2D用户产生的同频干扰导致系统吞吐量下降的问题，通

过建立非合作博弈模型，对蜂窝用户和D2D用户同时进行功率分配，并通过仿真验证

了改进后算法的有效性。

其次，为了避免用户过度消耗功率，在非合作博弈模型的效用函数中引入干扰组合

代价函数使非合作博弈隐含合作行为，提出了静止状态下基于非合作博弈的功率分配优

化算法。仿真结果表明，所提算法相比于现有典型功率分配算法能获得更高的系统吞吐

量，同时降低了系统功率消耗。

最后，当蜂窝网络D2D通信系统中用户处于运动状态时，针对用户的移动性对系

统功率分配的影响导致信道分配结果发生变化的问题，以最大化电池使用时间内的吞吐

量为目标，提出双层资源分配优化算法，在外层提出了基于最大干扰信道增益比值的信

道分配优化算法，为D2D用户分配蜂窝用户的信道资源进行复用，在内层提出了运动

状态下基于非合作博弈的功率分配优化算法，为子信道内的用户分配功率。仿真结果表

明，所提算法在提高系统吞吐量的同时，能够降低系统功率消耗，提高电池使用时间。

本论文的研究成果能够为解决蜂窝网络D2D通信系统中用户处于静止状态和运动

状态时的资源分配问题提供技术支撑，拓展了蜂窝网络D2D通信资源分配的研究思路，

具有一定的理论意义与应用价值。

关键词：蜂窝网络；D2D通信；资源分配；非合作博弈

基于博弈论的蜂窝网络D2D通信资源分配算法研究

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentofcommunicationtechnology,thecontradictionbetweenthe

massivedemandofusersandthescarcespectrumresourcesisincreasinglyprominent.Device

toDevice(D2D)communicationtechnologycaneffectivelyreducethebasestationload,and

effectivelyalleviatetheshortageofcellularnetworkspectrumresourcesbyreusingthe

spectrumofcellularusers.However,theunreasonableallocationofcommunicationresources

incellularnetworkD2Dcommunicationsystemwillnotonlycausethewasteofresources,but

alsoproduceseriousco-frequencyinterference,resultinginthedecreaseofsystemthroughput.

Therefore,withthegoalofimprovingthesystemthroughput,thequestionofresourceallocation

whenusersareinastaticstateorinamovingstateincellularnetworkD2Dcommunication

systemhasbeenstudied.