论文总字数：27816字

摘 要

随着无线通信技术的飞速发展，通信服务带来了越来越舒适的用户体验。移动通信已经与人类生活高度密切相关，并已成为不可或缺的角色。终端数量的迅猛增长和网络通信需求的极大提高，对供应系统需要提供更快的数据传输速率提出了更高的要求，需要发展技术从而满足用户爆炸性增长的移动数据流量需求，同时缓解频谱资源短缺的困境。

设备到设备(D2D，device-to-device)通信将成为在底层蜂窝网络中的重要技术，它在未来可提高频谱效率。因此设计并优化D2D通信相关的网络，将是一个很有意义且有待深入的研究领域。

在本论文中，会建立具有多个蜂窝用户的蜂窝网络设备(UE，User Equipment)和多个直接的D2D通信模型，这个模型主要有一个中央基站，中央基站配备有用于通信的多个天线。设计这个模型的目的是解决蜂窝网络整体速率最大化问题，并使问题转化成为提高数据传输速率的联合优化问题。这个问题和蜂窝UE和D2D对连续波束形成向量设计密切相关。为了解决这个联合优化问题，本文研究了三种预编码器设计方法，同时研究D2D对接入矢量搜索算法，并在MATLAB环境下做仿真分析，仿真结果显示在不同预编码方法下的系统速率和系统接入D2D对数，对提高系统总速率进行比较。采用可降低干扰的预编码方法，从而优化整体速率，通信质量也能得到保证。

关键词：D2D通信、预编码、蜂窝通信、波束形成向量、联合优化问题。

Abstract

With the rapid development of wireless communication technologies, communication services have brought about an increasingly comfortable user experience. Mobile communication has been highly relevant to human life and has become an indispensable role. The rapid increase in the number of terminals and the tremendous increase in the demand for network communications have imposed higher requirements on the need for faster data transmission rates for supply systems. It is necessary to develop technologies to meet the explosive growth of mobile data traffic demand, while mitigating spectrum resources. Shortage.

Device-to-device (D2D) communication will become an important technology in the underlying cellular network. It will increase spectrum efficiency in the future. Therefore, designing and optimizing a D2D communication-related network will be a meaningful and pending research field.

In this paper, a cellular network equipment (UE) with multiple cellular users and multiple direct D2D communication models will be set. This model mainly has a central base station equipped with multiple antennas for communication. The purpose of designing this model is to solve the problem of maximizing the overall rate of the cellular network and transform the problem into a joint optimization problem that increases the data transmission rate. This problem is closely relevant to continuous beamforming vector design with cellular UE and D2D. In order to solve this joint optimization problem, this paper studies three precoder design methods. At the same time, it studies the D2D access vector search algorithm and performs simulation analysis in MATLAB environment. The simulation results show the system rate and the different precoding methods. The system accesses the D2D logarithm to compare the total system speed. A precoding method that reduces interference is used to optimize the overall rate and the communication quality can also be guaranteed.

Key words: Device-to-device communication，cellular network，beamforming，precoder，Joint optimization problem.

目 录

摘要 II

Abstract III

目 录 IV

第一章 绪论 １

1.1研究背景 １

1.2 D2D通信研究现状 １

1.3 D2D技术研究意义 ４

1.4 D2D通信的分类介绍 ５

1.4.1 D2D通信的主要分类方法 ５

1.4.2 不同带宽通信类型的特点 ６

1.4.3 D2D通信的第一种分类 ６

1.4.4 D2D通信的第二种分类 ６

1.5 课题研究的简要概述 ７

第二章 通信系统模型建立 ９

2.1 引言 ９

2.2 系统模型建立的基础 ９

2.3 系统数学模型建立 １０

2.4 本章小结 １２

第三章 预编码设计方案 １３

3.1 引言 １３

3.2 三种预编码设计方法 １３

3.2.1 常规波束形成方法 １３

3.2.2 ZF波束形成方法1 １３

3.2.3 ZF波束形成方法2 １４

3.3 本章小结 １４

第四章 D2D对接入矢量搜索算法 １５

4.1 引言 １５

4.2 方案实现 １５

4.3 通信质量的衡量 １６

4.4 本章小结 １７

第五章 仿真分析 １８

5.1 仿真参数 １８

5.2 仿真结果 １８

5.3 本章小结 ２１

致谢 ２２

参考文献 ２３

第一章 绪论

1.1研究背景

随着数据传输速率的提高和系统吞吐量的逐渐增加，高质量、高速率的用户终端越来越多地被应用于人们的日常生活中。通信服务为用户带来了更好的用户服务体验质量^[1] (QoS，Quality of Service)的同时，信道通信频谱资源也正面临日益短缺的局面。因此，如何提高通信频谱利用率，从而实现信道资源的合理配置和有效利用已经成为人们迫切需要解决的问题。D2D(端到端直通连接)通信技术正是在这种情况下应运而生的。它可以提高通信系统的通信效率，并在很大程度上能够缓解通信频谱资源的短缺^[2-3]。作为自动连接终端的直接连接技术，它可以有效摆脱通信对基站的依赖，可以有效提高传输速率，有效减少基站负载，有效提高数据吞吐量，为其他更多的业务提供更多的服务机会和资源^[4]。

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