广义衰落信道下设备到设备通信的随机几何分析

设备到设备 (D2D) 通信如今被视为未来 5G 网络的组成部分，其将使用户设备 (UE) 之间无需经由网络基础设施的不必要路由即可直接通信。该架构将带来比传统蜂窝网络更高的吞吐量，但也增加了由随机分布的蜂窝与 D2D UE 所引起的同信道干扰的可能性。构成 D2D 通信的物理信道本质上可能很复杂，在紧密相邻的 D2D 对之间会经历视距 (LOS) 与非视距 (NLOS) 条件。此外，鉴于运行环境的多样性，它们还可能受到散射多径分量聚类的影响，即与传统瑞利衰落环境迥异的传播特性。为应对这些挑战，我们考虑了两个最近提出的广义衰落模型，即 $\kappa-\mu$ 与 $\eta-\mu$，以刻画 D2D 通信中的衰落行为。这些模型共同涵盖了文献中许多最广泛遇到和使用的衰落模型，如 Rayleigh、Rice (Nakagami-$n$)、Nakagami-$m$、Hoyt (Nakagami-$q$) 与单侧高斯 (One-Sided Gaussian)。利用随机几何，我们评估了广义衰落条件下 D2D 网络的速率与误码率。基于分析结果，我们提出了关于现实运行条件下可靠性、速率与模式选择之间权衡的新见解。我们的结果表明，D2D 模式以更高的误码率为代价，实现了比蜂窝链路更高的速率。通过数值评估，我们还研究了 D2D 网络的性能增益，并证明了其相对于传统蜂窝网络的优越性。