D2D/蜂窝通信模式切换与联合功率控制方案

设备直连（Device-to-Device, D2D）通信技术通过复用蜂窝系统的频谱资源提高频谱利用率,但D2D的引入会给蜂窝系统带来干扰。如何合理地选择D2D/蜂窝通信模式并进行功率优化控制,成为减小D2D和蜂窝系统间干扰、提升网络性能的关键。本文考虑D2D用户复用蜂窝上行链路场景,提出了一种基于距离和联合功率控制的通信模式选择方案。在该方案中,D2D用户和蜂窝用户与基站距离的比值决定了D2D用户是否采用Underlay模式进行通信,进而在约束蜂窝用户和D2D用户发射功率的条件下实现D2D链路和蜂窝链路的联合功率控制,最终推导出能够最大化系统总吞吐量的最优用户功率分配方案。根据仿真结果,本文提出的联合功率控制方案能够在降低系统间干扰的同时有效提高D2D和蜂窝系统的总吞吐量,进而提高了系统的性能。      

全负载蜂窝网络下多复用D2D通信功率分配算法研究

针对全负载蜂窝网络中D2D通信的功率分配问题,该文提出了一种基于非合作完全信息博弈纳什均衡解的多复用D2D通信功率分配算法。以优先保证蜂窝用户通信质量与D2D用户接入率为前提,设置D2D通信系统上行链路帧结构,之后建立非合作完全信息博弈系统模型,引入定价机制到功率分配博弈模型中并分析纳什均衡解的存在性与唯一性,最后给出该模型的分布式迭代求解算法。仿真结果表明,随着D2D用户复用数量的增加,该算法在提升系统吞吐量的同时,能有效地控制系统内部干扰,大幅度降低系统总能耗。     

D2D通信中联合链路共享与功率分配算法研究

针对D2D （Device-to-Device,D2D）通信过程中的资源分配问题,提出一种联合链路共享和功率分配算法.在保证系统内蜂窝用户服务质量（Quality of Service,QoS）需求的前提下,利用系统的信道状态信息,为D2D用户生成一个由蜂窝用户组成的通信链路的候选集合;在通信链路候选集合内使用凸优化方法得到D2D用户最优功率分配策略;最后利用（Kuhn-Munkres,KM）算法求解最大加权二部图匹配（Maximum Weight Bipartite Matching,MWBM）问题,为D2D用户选择最优的蜂窝用户进行资源共享.仿真结果表明该算法能有效的提升通信网络的吞吐量,可以为D2D用户选择最优的资源分配策略.     

蜂窝网络中全双工D2D通信功率控制

在蜂窝网络中,采用全双工传输的设备直通(D2D)通信可以共享蜂窝通信的信道资源,提升频谱利用率和系统吞吐量.针对单对全双工D2D用户复用单个蜂窝用户的上行信道资源时,用户之间会产生同频干扰的问题,提出了一种低复杂度的功率控制算法.该算法在保证全双工D2D用户和蜂窝用户(CU)的服务质量(QoS)的前提下,最大化全双工D2D链路的吞吐量.仿真结果表明,该算法能够提高全双工D2D链路的吞吐量;全双工D2D链路吞吐量取决于蜂窝用户的QoS要求、相对距离以及自干扰消除数量的限制.     

基于安全中断概率的D2D安全接入策略

针对D2D蜂窝系统通信安全性受资源限制的问题,考虑到蜂窝链路和D2D链路的同频干扰能够为两者带来安全增益,基于此,提出一种基于安全中断概率的D2D用户接入策略。首先理论分析了蜂窝用户和D2D用户的安全中断概率,并给出了基于安全中断概率最小化的D2D用户功率优化算法。在上述分析的基础上,选择安全中断概率最小的D2D用户接入复用蜂窝用户的无线资源,同时提高D2D通信链路和蜂窝上行链路的安全性。最后,仿真结果证明了所提算法的有效性。     

一种复用蜂窝网络下行无线资源的D2D通信干扰抑制方法

由于蜂窝通信与D2D通信复用相同的小区下行资源,这两种通信方式之间的小区内干扰不能再被忽略。基站的发射功率要比UE的发射功率高出很多,同时实际的下行系统中,基站也不便对每个用户进行功率控制,因此功率控制干扰抑制方案在下行时的效果并不明显。本文从用户调度的角度出发．提出了一种适用于D2D通信复用蜂窝网络下行资源的干扰抑制方法。该方法充分利用的UE的空间隔离度,减少了两种通信模式之间的干扰,提升了整个蜂窝小区的吞吐量。     

蜂窝网络中基于D2D位置的联合模式选择与资源分配方案

蜂窝网络中的D2D(device-to-device,终端直通)技术可以提高频谱资源利用率和用户的吞吐量,然而,D2D通信会对蜂窝用户和其他D2D用户产生干扰,合适的模式选择与资源分配方案就变得相当重要。研究了蜂窝用户和D2D用户的干扰情况,并提出了一种基于D2D位置的联合模式选择与资源分配方案,该方案根据D2D用户在小区中的位置和终端的干扰情况对D2D用户的通信模式和资源的复用方式进行了优化,从而提升系统下行链路的性能。仿真结果表明,相比于已有方案和纯蜂窝方案,采用基于位置的联合模式选择与资源分配方案能得到更高的系统吞吐量。     

D2D通信的联合资源分配和功率控制方法

设备到设备(D2D)通信对未来蜂窝网络是一种很有前途的技术,它可以有效地提高系统的吞吐量和延长用户设备的电池寿命。然而,在蜂窝网络中,D2D通信共享频谱会造成干扰。为消除干扰,充分利用D2D通信的优势,提出了一个联合的频谱资源分配和功率控制(RAPC)方法,该方法能够实现总吞吐量最大化,同时保证D2D用户和蜂窝用户所需的最小速率。提出的资源分配和功率控制的优化问题,通过量子粒子群(QPSO)得到近似优化方案的最优解,其中的量子粒子代表资源分配和功率控制的方法,同时制定惩罚函数删除不可行的方法。仿真结果表明,该方法具有更好的性能、系统吞吐量、功率效率和最小速率比其他方法令人满意。     

协助D2D通信的波束赋形算法设计

文章考虑下行链路D2D通信对复用同小区的蜂窝资源,不同于传统的基于总功率约束的赋形策略,我们提出了基于单根天线功率约束的波束赋形策略。TD-LTE系统采用的是时分双工,上下行信道具有互易性,因此通过对上行信道信息的获取,可以得到下行信道的信道状态信息(Channel Station Information,CSI),从而有效地实现波束赋形。在CSI已知的情况下,我们提出了一种高效的算法寻找最优的波束赋形策略,使得经典的基于最大最小信干比的问题能够被重写为标准的二阶锥规划(SCOP),从而使最优的目标能够通过标准的二阶锥规划求解器求解。同时,为了减少由于D2D通信对加入给蜂窝网络带来的干扰,一种D2D状态搜索算法被提出,它能够选择最优的D2D通信对加入蜂窝网络中,使得系统的吞吐量得到提升。     

D2D通信中一种基于FFR的动态功率控制方案

工作在underlay方式下的D2D(device-to-device)通信利用资源复用共享蜂窝网络中的资源,在提高频谱资源利用率、降低移动终端功耗的同时,会给已有蜂窝网络带来干扰。在保证D2D用户和蜂窝用户的服务质量的前提下,研究了蜂窝用户和D2D用户的功率控制和资源分配问题。首先引入部分频率复用(FFR)实现蜂窝用户和D2D用户之间的资源划分和复用;然后以系统吞吐量最大化为原则,建立优化目标。结合部分功率控制(FPC)的基本思想,进而提出了一种动态功率控制(DPC)策略。仿真结果表明,所提出的方案能够有效地提高多小区系统的性能。     

D2D通信资源调度研究现状综述

终端直通技术(D2D)是一种终端在基站控制下直接进行通信而不需要基站转发的新型通信技术。D2D引入LTE-A蜂窝系统虽然可以带来吞吐量和频谱效率的提升,但是也会带来很大的干扰。综合近些年来的研究成果,合理的资源调度算法成为降低干扰,提升系统性能的关键。首先,描述了D2D通信技术引入LTE-A蜂窝网络后的系统干扰模型。然后,从模式选择、资源分配和功率控制三个方面综述了目前国内外文献关于资源调度算法的研究成果。     

Resource allocation and dynamic power control for D2D communication underlaying uplink multi-cell networks

Underlaying device-to-device (D2D) communication is suggested as a promising technology for the next generation cellular networks (5G), where users in close proximity can transmit directly to one another bypassing the base station. However, when D2D communications underlay cellular networks, the potential gain from resource sharing is highly determined by how the interference is managed. In order to mitigate the resource reuse interference between D2D user equipment and cellular user equipment in a multi-cell environment, we propose a resource allocation scheme and dynamic power control for D2D communication underlaying uplink cellular network. Specifically, by introducing the fractional frequency reuse (FFR) principle into the multi-cell architecture, we divide the cellular network into inner region and outer region. Combined with resource partition method, we then formulate the optimization problem so as to maximize the total throughput. However, due to the coupled relationship between resource allocation and power control scheme, the optimization problem is NP-hard and combinational. In order to minimize the interference caused by D2D spectrum reuse, we solve the overall throughput optimization problem by dividing the original problem into two sub-problems. We first propose a heuristic resource pairing algorithm based on overall interference minimization. Then with reference to uplink fractional power control (FPC), a dynamic power control method is proposed. By introducing the interference constraint, we use a lower bound of throughput as a cost function and solve the optimal power allocation problem based on dual Lagrangian decomposition method. Simulation results demonstrate that the proposed algorithm achieves efficient performance compared with existing methods.     

混合D2D蜂窝网络中基于模拟退火算法的资源调度策略

D2D通信是未来5G网络中一种近距离直通通信方式,在通信过程中,信息直接由发送端传给接收用户,而不需要经过基站的转发.在传统蜂窝网络中引入D2D通信可以极大地提升系统的总吞吐量、增大频谱资源的利用率以及降低发射终端的功耗.主要介绍了一种适用于混合D2D蜂窝网络中的资源分配方法,通过拉格朗日乘子法结合模拟退火算法实现频谱资源的分配,提出一种同时考虑信道容量和能耗的基于模拟退火算法的资源调度策略.本算法在维也纳仿真平台上经仿真验证,相比于传统贪婪优化算法,可以明显增大系统总吞吐量和频谱资源利用率.另外,算法中采用了分布式资源调度方法,D2D用户根据算法步骤自行搜索适合的目标信道并计算其发射功率,可以有效减少基站的信令开销.     

An efficient resource optimization scheme for D2D communication

With the rapid development of wireless technologies, wireless access networks have entered their Fifth-Generation (5G) system phase. The heterogeneous and complex nature of a 5G system, with its numerous technological scenarios, poses significant challenges to wireless resource management, making radio resource optimization an important aspect of Device-to-Device (D2D) communication in such systems. Cellular D2D communication can improve spectrum efficiency, increase system capacity, and reduce base station communication burdens by sharing authorized cell resources; however, can also cause serious interference. Therefore, research focusing on reducing this interference by optimizing the configuration of shared cellular resources has also grown in importance. This paper proposes a novel algorithm to address the problems of co-channel interference and energy efficiency optimization in a long-term evolution network. The proposed algorithm uses the fuzzy clustering method, which employs minimum outage probability to divide D2D users into several groups in order to improve system throughput and reduce interference between users. An efficient power control algorithm based on game theory is also proposed to optimize user transmission power within each group and thereby improve user energy efficiency. Simulation results show that these proposed algorithms can effectively improve system throughput, reduce co-channel interference, and enhance energy efficiency.     

Joint utility function-based scheduling for two-way communication services in wireless networks

A type of joint utility function-based scheduling is proposed for two-way communication services in wireless networks. The scheduling of uplink and downlink services is done jointly so that the base station selects a user efficiently and fairly while considering the channel state of both the uplink and the downlink. Because a user generally has two communication links, an uplink and a downlink, the overall satisfaction with a communication service can be formulated as the sum of the quality of the uplink and downlink services. However, most of the previous types of scheduling for the uplink and downlink were designed separately and independently. This paper proposes a joint scheduling algorithm for integrated uplink and downlink services: a base station selects a user while simultaneously considering both the uplink channel state and the downlink channel state. An analytical model is developed for the purpose of determining the scheduling metric, the system throughput, and the level of fairness. The numerical and computer simulation results show that in comparison with conventional proportional fair scheduling the proposed joint scheduling achieves a better throughput while satisfying the fairness among users.     

多天线两小区蜂窝系统的低开销线性干扰对齐算法

在蜂窝系统中,由于干扰的存在,用户性能受到影响,特别是对于小区边缘用户,其通信质量较差。干扰对齐作为一种能够消除干扰、提高系统容量的技术,近年来受到广泛关注。针对多天线两小区蜂窝系统的边缘用户,本文给出了一种系统开销小、需要天线数少的线性干扰对齐算法。该算法利用发送端预编码矢量消除小区内干扰,利用接收端干扰抑制矢量消除小区间干扰。采用本文算法后,在每个小区有 个用户、基站有 根发送天线、用户有 根接收天线的情况下,只需 和 就可以实现上下行的干扰对齐,整个系统可以达到 的自由度,并且在下行链路中不需要小区间反馈,而在上行链路中只需要较小的小区间反馈。仿真结果表明,本文提出的算法能够以较小的开销实现比以往的算法更好的性能。