D2D通信中的資源管理與干擾協(xié)調(diào)策略研究.pdf

1、近幾十年來，無線通信的各種新技術飛速發(fā)展，比如認知無線電、協(xié)作中繼、多輸入多輸出等。另一方面，為了減少網(wǎng)絡能耗進而減少環(huán)境污染，以及滿足高頻譜效率和高功率效率的要求，無線通信網(wǎng)絡也從簡單的蜂窩網(wǎng)發(fā)展到了一些新型的能提供高頻譜效率、高能量效率的新形態(tài)無線網(wǎng)絡，比如終端直通網(wǎng)(Device-to-Device Networks)、全雙工網(wǎng)絡(Full-Duplex Networks)、虛擬多天線網(wǎng)絡(Virtual Muiltiple-In

2、put Multiple-OutputNetworks)等。在這些新型的無線通信網(wǎng)絡中，如何有效地分配資源、選擇最優(yōu)的通信模式以及進行干擾管理就成為了提升網(wǎng)絡性能的關鍵。本文以蜂窩與D2D混合網(wǎng)絡作為研究對象，主要研究了如何通過混合網(wǎng)絡中的D2D通信無線資源管理和干擾管理來提高該混合網(wǎng)絡的網(wǎng)絡容量和服務質(zhì)量(QoS)。本論文的主要工作包括:
　　1.研究了混合網(wǎng)絡中的面向服務質(zhì)量保障功率分配和模式選擇機制。建立了不完全信道狀態(tài)信息

3、的信道分析模型，提出了基于不完全信道信息的D2D聯(lián)合功率分配與模式選擇(Joint Power Allocation and Mode Selection，JPAMS)算法，從而在滿足用戶服務質(zhì)量(QoS)約束條件下最小化總發(fā)送功率，以及選擇最優(yōu)的通信模式，為混合網(wǎng)絡資源分配和模式選擇機制提供了一個嶄新的視角。具體如下:首先分析了不完全信道信息對最優(yōu)功率分配的影響，通過將功率分配的最優(yōu)化問題轉化為凸優(yōu)化問題，我們推導出了最優(yōu)功率分配解的

4、閉式表達式;然后以總發(fā)送功率最小為原則進行最優(yōu)模式選擇，同時保證了蜂窩用戶和D2D用戶的服務質(zhì)量(QoS)。我們的分析表明當考慮到不完全CSI對JPAMS算法的影響時，可以在一定程度上避免消耗更大的功率。因此，對于D2D通信而言，考慮不完全CSI對系統(tǒng)性能的影響是非常重要的。
　　2.研究了單小區(qū)上行混合D2D通信系統(tǒng)在時分雙工模式的干擾對齊策略，得出的干擾消除機制可以得到最優(yōu)的網(wǎng)絡自由度。與單純蜂窩通信網(wǎng)絡相比，基于干擾對齊的k

5、對D2D用戶的混合網(wǎng)絡的自由度提高了(k-1)/2倍。并且，本論文還推導出了基于干擾對齊的最優(yōu)功率分配算法，使得總速率性能得到明顯的提高。然而，干擾對齊算法的實現(xiàn)需要在各發(fā)送端已知混合網(wǎng)絡的全局信道信息，從而帶來的網(wǎng)絡開銷很大，算法的實用性較差。因此，本論文該部分的內(nèi)容僅為該算法在理論上的探索，如何在不需要全局信道信息可知的情況下，設計基于TDD模式的分布式干擾對齊是今后工作需要進一步研究的問題。
　　3.研究了多小區(qū)下行混合D2

6、D通信系統(tǒng)在時分雙工模式的干擾對齊策略，接收端利用其自身干擾信道信息來計算發(fā)送預編碼矩陣，從而實現(xiàn)干擾對齊。由于該算法帶來的性能消耗較小，因此，本論文該部分的算法內(nèi)容具有較大可行性和實用性。本論文也將不同的發(fā)送預編碼矩陣設計下的干擾對齊算法所對應的總速率性能進行了對比。分析表明基于干擾對齊的預編碼設計方案的性能遠遠高于自私型預編碼設計方案。
　　4.研究了蜂窩網(wǎng)絡下的D2D全雙工(D2D full-duplex)混合網(wǎng)絡的干擾管理

7、問題。針對混合網(wǎng)絡的全雙工雙向通信鏈路，建立了k-用戶干擾信道模型。不同于現(xiàn)有的全雙工自干擾消除技術，結合干擾對齊原理，本論文提出了聯(lián)合互干擾和自干擾干擾對齊算法。通過在發(fā)收兩端分別設計發(fā)送預編碼和接收預編碼將對齊的干擾消除。對于全雙工中繼D2D單向傳輸，針對2-Phase迭代干擾對齊全雙工互干擾抵消算法存在著用戶數(shù)受限的問題，提出了適用于任意k對D2D用戶的Multi-phase全雙工迭代干擾對齊方案。該方案在擴展D2D用戶數(shù)的前提下