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(lái)，無(wú)線通信的各種新技術(shù)飛速發(fā)展，比如認(rèn)知無(wú)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(luò)能耗進(jìn)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(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)也從簡(jiǎn)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)，比如終端直通網(wǎng)(Device-to-Device Networks)、全雙工網(wǎng)絡(luò)(Full-Duplex Networks)、虛擬多天線網(wǎng)絡(luò)(Virtual Muiltiple-In

2、put Multiple-OutputNetworks)等。在這些新型的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，如何有效地分配資源、選擇最優(yōu)的通信模式以及進(jìn)行干擾管理就成為了提升網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵。本文以蜂窩與D2D混合網(wǎng)絡(luò)作為研究對(duì)象，主要研究了如何通過(guò)混合網(wǎng)絡(luò)中的D2D通信無(wú)線資源管理和干擾管理來(lái)提高該混合網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)容量和服務(wù)質(zhì)量(QoS)。本論文的主要工作包括:
　　1.研究了混合網(wǎng)絡(luò)中的面向服務(wù)質(zhì)量保障功率分配和模式選擇機(jī)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(wù)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(luò)資源分配和模式選擇機(jī)制提供了一個(gè)嶄新的視角。具體如下:首先分析了不完全信道信息對(duì)最優(yōu)功率分配的影響，通過(guò)將功率分配的最優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問(wèn)題，我們推導(dǎo)出了最優(yōu)功率分配解的

4、閉式表達(dá)式;然后以總發(fā)送功率最小為原則進(jìn)行最優(yōu)模式選擇，同時(shí)保證了蜂窩用戶和D2D用戶的服務(wù)質(zhì)量(QoS)。我們的分析表明當(dāng)考慮到不完全CSI對(duì)JPAMS算法的影響時(shí)，可以在一定程度上避免消耗更大的功率。因此，對(duì)于D2D通信而言，考慮不完全CSI對(duì)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(shí)分雙工模式的干擾對(duì)齊策略，得出的干擾消除機(jī)制可以得到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)自由度。與單純蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)相比，基于干擾對(duì)齊的k

5、對(duì)D2D用戶的混合網(wǎng)絡(luò)的自由度提高了(k-1)/2倍。并且，本論文還推導(dǎo)出了基于干擾對(duì)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(duì)齊算法的實(shí)現(xiàn)需要在各發(fā)送端已知混合網(wǎng)絡(luò)的全局信道信息，從而帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷很大，算法的實(shí)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(shè)計(jì)基于TDD模式的分布式干擾對(duì)齊是今后工作需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。
　　3.研究了多小區(qū)下行混合D2

6、D通信系統(tǒng)在時(shí)分雙工模式的干擾對(duì)齊策略，接收端利用其自身干擾信道信息來(lái)計(jì)算發(fā)送預(yù)編碼矩陣，從而實(shí)現(xiàn)干擾對(duì)齊。由于該算法帶來(lái)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(shí)用性。本論文也將不同的發(fā)送預(yù)編碼矩陣設(shè)計(jì)下的干擾對(duì)齊算法所對(duì)應(yīng)的總速率性能進(jìn)行了對(duì)比。分析表明基于干擾對(duì)齊的預(yù)編碼設(shè)計(jì)方案的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自私型預(yù)編碼設(shè)計(jì)方案。
　　4.研究了蜂窩網(wǎng)絡(luò)下的D2D全雙工(D2D full-duplex)混合網(wǎng)絡(luò)的干擾管理

7、問(wèn)題。針對(duì)混合網(wǎng)絡(luò)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(shù)，結(jié)合干擾對(duì)齊原理，本論文提出了聯(lián)合互干擾和自干擾干擾對(duì)齊算法。通過(guò)在發(fā)收兩端分別設(shè)計(jì)發(fā)送預(yù)編碼和接收預(yù)編碼將對(duì)齊的干擾消除。對(duì)于全雙工中繼D2D單向傳輸，針對(duì)2-Phase迭代干擾對(duì)齊全雙工互干擾抵消算法存在著用戶數(shù)受限的問(wèn)題，提出了適用于任意k對(duì)D2D用戶的Multi-phase全雙工迭代干擾對(duì)齊方案。該方案在擴(kuò)展D2D用戶數(shù)的前提下