D2D通信系统中位置信息辅助的中继选择策略研究

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移动数据流量的爆炸式增长无疑加重了蜂窝网络的负担,而引入D2D(Device-to-Device)通信技术能很好地解决这一问题。D2D通信系统中关于中继的选择问题一直是研究热点。以往针对D2D通信系统中中继选择问题的研究大部分考虑将用户中继位置固定的情形,这与实际不相符,因而研究位置信息对中继选择策略的影响是非常必要的。本文基于随机几何分析框架,定量分析了D2D通信系统中位置信息辅助的中继选择策略下系统的可靠性和安全性。其安全性和可靠性分别通过保密中断概率和中断概率作为性能指标来衡量。首先,综合考虑中继的精确位置信息和信道状态信息,提出了最优中继选择策略,并研究此策略下D2D系统的中断概率和保密中断概率。然而,获取每个中继的瞬时状态信息需要进行频繁的信息反馈,将导致系统开销过大。然后,为了减小系统的反馈开销,只考虑中继的精确位置信息来选择中继,提出了基于最近位置的中继选择策略,并给出了此策略下D2D链路的中断概率和保密中断概率。研究发现,增加中继辅助传输降低了D2D链路通信的安全性,因此在只考虑中继位置信息的前提下,为每个中继设定一个安全保护区域,基于此提出了带安全保护区域的最近位置中继选择策略,通过理论推导获得了此策略下D2D链路的中断概率和保密中断概率的表达式。此外,为了进一步减小系统的反馈开销以及操作复杂度,考虑中继所在的区域位置而不必获取每个中继的精确位置信息,进而提出了基于区域感知的中继选择策略,并推导出此策略下系统的中断概率和保密中断概率。最后,通过蒙特卡洛仿真对所提出的几种中继选择策略进行验证。仿真结果表明,在可靠性方面:在参数设置相同的条件下,D2D链路利用最优中继选择策略传输的中断概率最低,基于最近位置的中继选择策略次之,带安全保护区域的最近位置中继选择策略下D2D链路的中断概率最高;与基于最近位置的中继选择策略相比,基于区域感知的中继选择策略能以较小的反馈比特获得相同的通信可靠性。而在安全性方面:利用带安全保护区域的最近位置中继选择策略传输的保密中断概率最低,这表明为每个中继增加安全保护区域能有效提高D2D链路通信的安全性。
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