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摘要：D2D通信技术是一种终端直通技术种类，在实际应用中能够提高频谱利用效率，降低蜂窝网络运行压力，但是D2D通信技术在实际应用上还存在一定局限性，造成并不能够广泛在蜂窝网络通信中应用。基于中继和多天线技术的D2D通信系统就能有有效解决传统D2D通信技术所存在的局限性问题，本文就对于基于中继和多天线技术的D2D通信性能应用进行分析。
关键词：D2D；机会中继；多天线；虚拟MIMO
前言：伴随着通信技术的快速发展，人们对于宽带需求量逐渐增加，宽带分配也变得更加拥挤，正是由于可利用的频谱资源较为有限， 怎样提高宽带分配质量对于通信行业就十分关键。D2D通信技术在实际应用中能够有效提高对于频谱利用效率，增加通信系统容量，因此D2D通信技术已经得到社会各界的广泛关注。
1 基于机会中继技术的D2D系统性能分析
1.1中继技术
无线蜂窝网络下一步发展的趋势就是全面性落实网络覆盖，也这就表示如果小区内部的信道质量小弟，用户也能够得到高速率通信服务。原有的蜂窝系统中，为了能够为人们提供稳定性通信服务，需要建设大量基站作为通信连接中枢，这就造成健网成本较高。如果在蜂窝网络系统中应用中继技术，能够解决现在应用D2D通信技术存在的局限性问题，调整系统性能与建设经济成本之间的矛盾，用最少的资金获得高质量的系统性能，落实中继蜂窝网络结构创建的愿望[1]。
1.2中继通信系统
1.2.1系统模型
如图一所示，在中继链路模型中，源点s在信息传输中就是通过中继节点R作为中介将信息资源传输到节点D上。本文在对于基于中继和多天线技术的D2D通信系统研究中，整个系统节点在实际运行中都使用半双工模式，也就是节点不能够同时进行数据收发工作。每一个节点之间在进行信息传输中，在第一个环节上就需要源点S向节点R传输信息资源，在第二环节中就是中继节点将接收到的信息资源传输给重点D。
图一 两跳中继模型.png)
1.2.2工作模式
中继通信技术在蜂窝网络系统中应用的主要目的就是希望能够提高系统信息传输性能，保证用户对于信息发送需求，因此中继对于通信信号处理形式十分重要，也是提高蜂窝网络系统性能的主要途径。目前，中继通信技术工作模式主要可以分为三种，分别是放大转发中继模式、解码转发中继模式及编码协同中继模式。本文主要对于编码协同中继模式进行研究[2]。
现阶段，编码协同中继工作模式主要应用在AF中继模式中，下面就是根据中继通信模式分析出来的中继AF模式实际接收信息流程。假设中继链路中的A-R，A-D，D-R在通信系统中都是衰落信道，同时在通信系统中的信道增益中在一个时间段内并不会发生任何改变。
在两跳中继模型中：
第一个环节中继节点所接收到的信号方程式为:.png)
第二个环节中最后节点所接收到的信号方程式为：.png)
方程式中的xs1表示的是信源S所发出的信号；ps表示的是节点S所发射出来的功率，pr表示的是中继节点所发射出来的功率，N表示的是通信系统平均功率。
1.3D2D机会中继系统
1.3.1机会中继协作方案
传统蜂窝网络系统在应用中继节点方式后，整个蜂窝网络系统结构变得更加复杂，为资源分配带来了更高的挑战。应用中继节点后的蜂窝网络与传统蜂窝网络之间存在的较大差异，用户在中继节点以后所能够选择的通信方式更加多样化，例如多跳中继通信。中继节点在与基站在资金管理上是相互连接的，相互影响，因此中继节点的选择对于蜂窝网络资源管理具有重要作用。
1.3.2D2D机会中继系统模型
本文在对于基于中继和多天线技术的D2D通信系统性能研究中，主要就是对于单一小区内部研究，如图二所示，一个小区内包括一个基站、一个蜂窝用户及D2D用户。用户在通过复用蜂窝网络传输信息资源中，需要将网络系统内全部节点天线都架设为单天线。信息传输在节点选择上，并不需要将每一个中继全部都考虑在内，这样就能有有效降低CSI交互次数，具体示意图如三所示[3]。
图二 D2D机会中继系统示意图.png)
图三 预选中继过程.png)
基于多天线的D2D中继系统性能分析
2.1MIMO技术
在无线通信系统中，信息传输复杂程度较高，信号在发射之后需要经过多次性反射，最后才能够到达接收天线上，信号在传输过程还有可能受到一些干扰因素影响，这就表示接收天线在接收信号中一般都会受到严重的限制，解决信号传输限制的最常使用的方式就是分集的形式。就MIMO技术而言，可以通过利用多天线及多通道将通信通道内的衰落有效抑制。MIMO技术是现代通信系统发展中核心技术之一，在实际应用中能够提高通信系统对于频谱利用效率，同时信道还拥有较高的稳定性能，如图四所示，为MIMO技术应用基本原理示意图。
图四 MIMO基本原理.png)
2.2D2D多天线中继系统模型
在研究中发现，通信系统中应用D2D通信技术及中继方式，能够有效解决网络在小区内部覆盖问题，为了能够提高通信网络容量及降低通信中断的次数，D2D通信技术中还应用了多天线技术。如图五所示，D2D多天线中继系统模型中有四个部分构成，分别是一个基站、一个蜂窝用户、D2D用户及中继界节点。D2D、蜂窝用户及中继节点在实际系统内分别承担的作用分别是发射源头、信号接收，三者在实际应用天线都选择使用多天线技术[4]。
图五 基于MIMO的D2D中继系统示意图.png)
2.3系统性能分析
为了能够满足无线通信传输需求，在D2D通信系统中应用多天线技术，整个通信系统就可以依据MIMO系统进行进一步划分，提高中继和多天线技术的D2D通信系统性能，系统性能所由于使用最大比合并技术能够有效降低系统中断次数，提高系统通信能力[5]。
结论：D2D通信技术是一种新型通信技术，在蜂窝网络中应用的主要目的就是提高对于频谱使用效率，缓解基站在无线通信上面的压力。基于中继和多天线技术的D2D通信系统中，能够有效解决现在小区所存在的网络覆盖性问题，提高D2D通信系统应用性能，但是复用蜂窝用户在对于链路选择上，由于天线采取多天线技术，造成资源分配方面还存在一定问题，这就需要将MIMO技术应用在D2D通信系统中，解决多天线技术所造成的问题。
参考文献：
[1]余莉,张治中,程方,胡昊南.第五代移动通信网络体系架构及其关键技术[J].重庆邮电大学学报(自然科学版),2014,04:427-433+560.
[2]董波.LTE/LTE-A无线通信系统关键技术综述与展望[J].办公自动化,2014,16:47-52.
[3]倪艺洋,邵世祥,朱洪波.单向放大转发中继D2D通信系统可达速率分析与联合功率优化[J].应用科学学报,2014,06:559-565.
[4]杨绿溪,何世文,王毅,代海波.面向5G无线通信系统的关键技术综述[J].数据采集与处理,2015,03:469-485.
[5]魏良武,邵世祥.基于MIMO中继技术的D2D系统容量分析[J].南京邮电大学学报(自然科学版),2013,05:33-38.
论文作者:蓝宇立
论文发表刊物:《基层建设》2016年18期
论文发表时间:2016/11/18
标签：天线论文; 蜂窝论文; 节点论文; 通信系统论文; 系统论文; 技术论文; 通信技术论文; 《基层建设》2016年18期论文;