CN108768484B - 一种基于波束成型和信道平行度域值的d2d对接入方法 - Google Patents

一种基于波束成型和信道平行度域值的d2d对接入方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于波束成型和信道平行度域值的D2D对接入方法，在满足基站到D2D对信道平行度域值的前提下，选择D2D对接入蜂窝网络，使***容量最大化；包括：(1)参数初始化；(2)信道状态信息初始化；(3)计算蜂窝用户迫零波束成型矢量和***容量；(4)D2D对候选集初始化，选出平行度大于域值的所有D2D对构成D2D对候选集；(5)D2D对接入判断：针对D2D对候选集内的D2D对，假设将某个D2D对接入蜂窝网络：若***容量增大，则允许该D2D对接入蜂窝网络；否则，不允许该D2D对接入蜂窝网络；(6)重复至完成。本发明根据信道平行度原理设计的D2D对接入算法，可使***容量最大化。

Description

一种基于波束成型和信道平行度域值的D2D对接入方法
技术领域
本发明涉及一种能够***容量最大化的基于波束成型和信道平行度域值的D2D对接入方法，属于无线通信技术。
背景技术
如今无线通信在日常生活中得到了广泛应用，成为人们日常生活中不可或缺的部分。用户对网络带宽的需求越来越高，移动数据量***式增长。为了满足用户日益增长的需求，D2D通信出现在人们的视野中，并将其引入了蜂窝通信。
D2D通信是指在两个移动终端设备之间直接建立通信链路，区别于使用基站作为中继的传统通信方式。当蜂窝网络中的蜂窝用户和D2D用户共享频谱资源时，通过有效的干扰管理、资源分配、模式选择和MIMO技术，可以有效地提高网络的频谱效率。其中，良好的干扰管理算法可以提高***的容量，已经引起了很多关注。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于波束成型和信道平行度域值的D2D对接入方法，根据基站发射天线的冗余度对蜂窝用户进行联合迫零波束成型以消除蜂窝用户之间和基站对部分D2D对的干扰，并根据信道平行度原理控制D2D对是否接入蜂窝网络，使***容量最大化。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于波束成型和信道平行度域值的D2D对接入方法，利用基站到蜂窝用户和部分D2D对的信道状态信息，对蜂窝用户进行联合迫零波束成型；对于剩余D2D对，计算从基站到这些D2D对信道与从基站到参与迫零波束成型的D2D对信道之间的平行度，选出平行度大于域值的D2D对构成候选集并初始化接入状态矢量；如果将D2D对接入蜂窝网络后***容量增大，则允许该D2D对接入蜂窝网络；然后用相同的方法判断下一对D2D对，直到候选集中的D2D对均已完成接入判断；具体包括如下步骤：
(1)参数初始化：初始化基站的发射天线数、蜂窝用户数、D2D对数、参与迫零波束成型的D2D对数、未参与迫零波束成型的D2D对接入状态矢量、基站发射功率、D2D发送机发射功率、信道平行度域值；
(2)信道状态信息初始化：初始化基站到蜂窝用户的信道增益、基站到D2D接收机的信道增益、D2D发送机到蜂窝用户的信道增益、D2D发送机到D2D接收机的信道增益；
(3)计算蜂窝用户迫零波束成型矢量和***容量；在该过程中，由于没有D2D对接入蜂窝网络，此时计算的***容量仅为所有蜂窝用户速率和参与迫零波束成型的D2D对速率的总和；
(4)D2D对候选集初始化：对于未参与迫零波束成型的D2D对，计算从基站到这些D2D对信道与从基站到参与迫零波束成型的D2D对信道之间的平行度，选出平行度大于域值的所有D2D对构成D2D对候选集，D2D对候选集内的D2D对是受基站干扰较小的D2D对；
(5)D2D对接入判断：针对D2D对候选集内的D2D对，假设将某个D2D对接入蜂窝网络：若***容量增大，则允许该D2D对接入蜂窝网络；否则，不允许该D2D对接入蜂窝网络；在该过程中，由于有D2D对的加入，在计算***容量时不仅要考虑到所有蜂窝用户速率和参与迫零波束成型的D2D对速率，还要考虑新加入的D2D对速率，即为所有蜂窝用户速率和所有加入的D2D对速率总和；
(6)重复至完成：考虑下一个D2D对，重复步骤(5)，直至所有D2D对均被考虑。
具体的，所述步骤(1)中，信道平行度域值，是从基站到未参与迫零波束成型D2D对信道与从基站到参与迫零波束成型的D2D对信道之间的平行度域值。
具体的，所述步骤(3)中，蜂窝用户迫零波束成型矢量，是根据基站发射天线冗余度利用基站到蜂窝用户和部分D2D对的信道状态信息，对蜂窝用户进行联合迫零波束成型。
有益效果：本发明提供的基于波束成型和信道平行度域值的D2D对接入方法，根据信道平行度原理控制D2D对是否接入蜂窝网络，从而使***容量最大。
附图说明
图1为不同接入算法下***容量随基站发射功率变化情况；
图2为不同接入算法下接入蜂窝网络的D2D对速率总和随基站发射功率变化情况。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种基于波束成型和信道平行度域值的D2D对接入算法(简称BCP)，该算法根据基站发射天线的冗余度对蜂窝用户进行联合迫零波束成型，根据信道平行度原理控制D2D对是否接入蜂窝网络，从而使***容量最大。
设小区半径为100米，基站位于小区中心，蜂窝主用户独立均匀分布在半径80米的中心区域，D2D对随机分布在半径为80米至100米之间的小区边缘圆环区域，蜂窝用户和D2D对收发天线均为单天线，每对D2D的发送机与接收机之间的距离是5m，路径损耗指数是2，所有信道均为瑞利衰落信道，加性高斯白噪声服从均值为0，方差为1的高斯分布。如表1所示，本实施例的接入方法具体包括以下步骤：
第一步：参数初始化，包括基站发射天线数Nt，蜂窝用户数K，D2D对数D，参与迫零波束成型的D2D对数D1，基站发射功率PB，D2D发送机发射功率PD，未参与迫零波束成型的D2D对接入状态矢量
Figure GDA0002579129930000031
信道平行度域值δ。
第二步：信道状态信息初始化，包括基站到蜂窝用户k的信道增益hk，基站到第d对D2D对的接收机的信道增益
Figure GDA0002579129930000032
第d对D2D对的发送机到蜂窝用户k的信道增益
Figure GDA0002579129930000033
第d对D2D对的发送机到第i对D2D对的接收机的信道增益gd,i；
第三步：对蜂窝用户进行联合迫零波束成型
Figure GDA0002579129930000034
其中，
Figure GDA0002579129930000035
计算***容量R；
第四步：D2D对候选集初始化，计算从基站到剩余D2D对信道与从基站到参与迫零波束成型的D2D对信道之间的平行度
for i＝1:D1
for j＝1:(D-D1)
Figure GDA0002579129930000036
end
选出未参与联合迫零波束成型的D2D对中信道平行度大于域值δ的D2D对构成候选集D2(i,:)；
end
第三步：D2D对接入判断
Figure GDA0002579129930000041
计算***容量R'；
Figure GDA0002579129930000042
输出最优的***容量R。
基于上述过程，给出如下的算法过程：
表1.基于波束成型和信道平行度域值的D2D对接入算法
Figure GDA0002579129930000043
Figure GDA0002579129930000051
图1给出了***容量随基站发射功率变化情况，同时给出了Conv、ZF1作为对比。图2给出了接入蜂窝网络的D2D对速率总和随基站发射功率变化情况。
在本实施例中，基于波束成型和信道平行度域值的D2D对接入方法的有益效果体现在：本发明对蜂窝用户进行联合迫零波束成型以蜂窝用户之间以及基站对部分D2D对的消除干扰；并根据信道平行度原理控制D2D对是否接入蜂窝网络，减小了基站对接入蜂窝网络中的D2D对干扰。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于波束成型和信道平行度域值的D2D对接入方法，其特征在于：将一定量的D2D对接入蜂窝网络，通过联合迫零波束成型和干扰管理使***容量最大化；具体包括如下步骤：
(1)参数初始化：初始化基站的发射天线数、蜂窝用户数、D2D对数、参与迫零波束成型的D2D对数、未参与迫零波束成型的D2D对接入状态矢量、基站发射功率、D2D发送机发射功率、信道平行度域值；信道平行度域值，是从基站到未参与迫零波束成型D2D对信道与从基站到参与迫零波束成型的D2D对信道之间的平行度域值；
(2)信道状态信息初始化：初始化基站到蜂窝用户的信道增益、基站到D2D接收机的信道增益、D2D发送机到蜂窝用户的信道增益、D2D发送机到D2D接收机的信道增益；
(3)计算蜂窝用户迫零波束成型矢量和***容量；
(4)D2D对候选集初始化：对于未参与迫零波束成型的D2D对，计算从基站到这些D2D对信道与从基站到参与迫零波束成型的D2D对信道之间的平行度，选出平行度大于域值的所有D2D对构成D2D对候选集；
(5)D2D对接入判断：针对D2D对候选集内的D2D对，假设将某个D2D对接入蜂窝网络：若***容量增大，则允许该D2D对接入蜂窝网络；否则，不允许该D2D对接入蜂窝网络；
(6)重复至完成：考虑下一个D2D对，重复步骤(5)，直至所有D2D对均被考虑。
2.根据权利要求1所述的基于波束成型和信道平行度域值的D2D对接入方法，其特征在于：所述步骤(3)中，蜂窝用户迫零波束成型矢量，是根据基站发射天线冗余度利用基站到蜂窝用户和部分D2D对的信道状态信息，对蜂窝用户进行联合迫零波束成型。
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