一种二进制D2D对接入状态矢量搜索方法

摘要

本发明提供了一种二进制D2D对接入状态矢量搜索方法，在蜂窝网络中引入带内共存式D2D通信，使系统容量最大化；包括如下步骤：(1)参数初始化；(2)搜索初始化：获取信道状态信息，计算每个蜂窝用户的预编码矢量、计算D2D对未接入蜂窝网络时蜂窝用户的信干噪比和系统速率，并将蜂窝用户按信干噪比进行降序排列并标注蜂窝用户的顺序；(3)搜索：对于每个蜂窝用户，找出到该蜂窝用户的信道增益最小的D2D对，计算将其接入蜂窝网络时的系统速率，如果大于之前的系统速率，那么将该D2D对接入蜂窝网络，并更新系统速率与D2D对的接入状态矢量；(4)重复至完成。本发明通过干扰管理，可使系统容量最大化。

权利要求

1.一种二进制D2D对接入状态矢量搜索方法，其特征在于：在蜂窝网络中引入带内共存式D2D通信，通过干扰管理使系统容量最大化；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、基站发射功率、D2D发送机发射功率、D2D对的接入状态矢量；D2D对的接入状态矢量是D2D对是否接入蜂窝网络的标志；

(2)搜索初始化：获取信道状态信息、计算每个蜂窝用户的预编码矢量、计算D2D对未接入蜂窝网络时蜂窝用户的信干噪比和系统速率，并将蜂窝用户按信干噪比进行降序排列并标注蜂窝用户的顺序；

(3)搜索：按顺序将蜂窝用户接入蜂窝网络；对于当前蜂窝用户，找出到该蜂窝用户的信道增益最小的D2D对接入蜂窝网络，计算此时的系统速率：如果大于接入之前的系统速率，那么将该D2D对接入蜂窝网络，并更新系统速率与D2D对的接入状态矢量；否则，该D2D对不接入蜂窝网络；

(4)重复至完成：考虑下一个蜂窝用户，重复步骤(3)，直到所有的蜂窝用户均被考虑。

2.根据权利要求1所述的二进制D2D对接入状态矢量搜索方法，其特征在于：所述步骤(2)中，每个蜂窝用户的预编码矢量是指该蜂窝用户的传统预编码、基于消除蜂窝用户之间干扰的迫零预编码或基于消除基站对D2D对干扰的迫零预编码。

3.根据权利要求1所述的二进制D2D对接入状态矢量搜索方法，其特征在于：所述步骤(3)中，每次搜索过程最多只可将一对D2D对接入蜂窝网络。

说明书

一种二进制D2D对接入状态矢量搜索方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种能够使系统容量最大化的D2D对接入状态矢量搜索方法，属于无线通信技术。

背景技术

[0002] 随着无线通信的飞速发展，网络覆盖范围日益完善，全球移动设备的急剧增加，移动计算、视频等多媒体业务发展迅猛。现有的通信技术已经无法满足移动用户日益增长的数据需求。研究人员正在研究第五代无线通信技术，以满足未来用户需求的多样性。作为5G通信网络中的关键候选技术之一，D2D通信在提升用户体验、提高系统性能、扩展蜂窝通信应用等方面具有显著的优势，因此受到了工业界、学术界和标准化组织的广泛关注。

[0003] 在蜂窝网络中引入带内共存式D2D通信，D2D用户和蜂窝用户共享频谱资源，可以提高频谱利用率。但是由于D2D通信复用蜂窝网络的频谱资源，D2D通信与蜂窝通信之间可能存在较为严重的干扰，需要进行干扰管理。因此，引入一种有效的干扰管理机制，可以大大提高系统容量。

发明内容

[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种二进制D2D对接入状态矢量搜索方法，该方法对每个蜂窝用户进行预编码以消除干扰，并从减小D2D通信对蜂窝用户干扰的角度出发进行D2D对接入判断，使系统容量最大化。

[0005] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

[0006] 一种二进制D2D对接入状态矢量搜索方法，对每个蜂窝用户进行预编码，并按照未接入D2D对时的信干噪比将蜂窝用户进行降序排列，选择到信干噪比最大的蜂窝用户信道增益最小的D2D对接入蜂窝网络，若系统速率增加，则允许接入蜂窝网络，接着考虑下一个蜂窝用户，重复上述操作，直到所有的蜂窝用户均被考虑。所述算法具体步骤如下：

[0007] (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、基站发射功率、D2D发送机发射功率、D2D对的接入状态矢量；

[0008] (2)搜索初始化：获取信道状态信息、计算每个蜂窝用户的预编码矢量、计算D2D对未接入蜂窝网络时蜂窝用户的信干噪比和系统速率，并将蜂窝用户按信干噪比进行降序排列并标注蜂窝用户的顺序；在搜索初始化过程中，由于没有D2D对接入蜂窝网络，此时计算的系统速率仅为所有蜂窝用户速率总和；

[0009] (3)搜索：按顺序将蜂窝用户接入蜂窝网络；对于当前蜂窝用户，找出到该蜂窝用户的信道增益最小的D2D对接入蜂窝网络，计算此时的系统速率：如果大于接入之前的系统速率，那么将该D2D对接入蜂窝网络，并更新系统速率与D2D对的接入状态矢量；否则，该D2D对不接入蜂窝网络；

[0010] 在搜索过程中，由于有D2D对的加入，在计算系统速率时不仅要考虑到所有蜂窝用户速率，还要考虑加入的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；

[0011] (4)重复至完成：考虑下一个蜂窝用户，重复步骤(3)，直到所有的蜂窝用户均被考虑。

[0012] 具体的，所述步骤(1)中，D2D对的接入状态矢量是D2D对是否接入蜂窝网络的标志。

[0013] 具体的，所述步骤(2)中，每个蜂窝用户的预编码矢量是指该蜂窝用户的传统预编码、基于消除蜂窝用户之间干扰的迫零预编码或基于消除基站对D2D对干扰的迫零预编码；也可以是现有技术中存在的其他方式的各种预编码。传统预编码是指该蜂窝用户的预编码矢量与其本身信道矢量的方向相同，基于消除蜂窝用户之间干扰的迫零预编码每个蜂窝用户的预编码矢量与其他所有蜂窝用户的信道矢量正交；基于消除基站对D2D对干扰的迫零预编码是指每个蜂窝用户的预编码矢量与基站到所有D2D接收机的信道矢量正交。

[0014] 具体的，所述步骤(3)中，每次搜索过程最多只可将一对D2D对接入蜂窝网络。

[0015] 有益效果：本发明提供的二进制D2D对接入状态矢量搜索方法，可以通过对每个蜂窝用户进行预编码和D2D对接入判断，使系统容量最大化。

附图说明

[0016] 图1为系统速率随基站发射功率变化情况；

[0017] 图2为D2D接入对数随基站发射功率变化情况。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

[0019] 一种二进制D2D对接入状态矢量搜索算法，该算法在减小D2D通信对蜂窝用户干扰的同时，使系统容量最大。

[0020] 设小区半径为100米，基站位于小区中心，蜂窝用户和D2D对在小区覆盖范围内均匀分布，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。传统预编码、基于消除蜂窝用户之间干扰的迫零预编码和基于消除基站对D2D对干扰的迫零预编码分别简称为Conv、ZF1、ZF2。本实施例的接入方法具体包括以下步骤：

[0021] 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，基站发射功率PB，D2D发送机发射功率PD，D2D对的接入状态矢量Λ＝[λ1,λ2,...,λD]；

[0022] 第二步：搜索初始化，获取信道状态信息：基站到蜂窝用户k的信道增益hk、基站到第d对D2D接收机的信道增益 第d对D2D对的发送机到蜂窝用户k的信道增益 第d对D2D对的发送机到第i对D2D接收机的信道增益gd,i；计算蜂窝用户的预编码矢量：

[0023]

[0024]

[0025]

[0026] 其中 计算D2D对未接入蜂窝网络时蜂窝用户的信干噪比和系统速率R，并将蜂窝用户按信干噪比进行降序排列并标注蜂窝用户的顺序。

[0027] 第三步：开始搜索，设k＝1；

[0028] 第四步：找出到第k个蜂窝用户的信道增益最小的D2D对d

[0029] ifλd＝0

[0030] Λtemp＝Λ；

[0031] λd,temp＝1；

[0032] 计算系统速率R'；

[0033] if R'＞R

[0034] R＝R'；

[0035] Λ＝Λtem；

[0036] end

[0037] else

[0038] 跳到第五步；

[0039] end

[0040] 第五步：搜索结束判别

[0041] if k＜K

[0042] k＝k+1，进行下一个蜂窝用户的搜索过程；

[0043] else

[0044] 停止搜索，输出最优的系统速率R；

[0045] end

[0046] 基于上述过程，给出如下的算法过程：

[0047] 表1.二进制D2D对接入状态矢量搜索算法

[0048]

[0049]

[0050] 图1给出了三种不同预编码下系统速率随基站发射功率变化情况，同时给出了D2D对未接入蜂窝网络时的系统速率作为对比。在本实施例中，D2D对接入方法的有益效果主要体现在两个方面：第一，本发明提出的算法通过对蜂窝用户进行预编码消除了部分干扰；第二，利用该发明提出的算法，可以减小D2D通信对蜂窝用户的干扰，实现系统容量最大化，并且计算复杂度很低。

[0051] 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。