一种基于波束成型和干扰对齐的D2D对接入方法与流程

本发明涉及一种能够系统容量最大化的基于波束成型和干扰对齐的d2d对接入方法，属于无线通信技术。

背景技术

随着智能手机的快速普及，全球移动用户的数目日益增长，由于频谱资源的限制，现有的蜂窝网络技术已无法满足消费者巨大的数据需求，因此，新技术的研究势在必行。目前正在广泛研究的第五代通信技术，本质上融合了各种先进的技术，以满足未来用户需求的多样性。d2d通信作为5g关键技术之一，已引起了人们的广泛关注。

d2d通信在蜂窝网络中是指在基站控制下，短距离内的两个移动用户之间直接进行通信，不需要通过基站或核心网进行中转。当蜂窝中的主用户和d2d通信中的收发用户使用相同的频谱资源时，一个主要的挑战是如何避免蜂窝中的主用户通信和d2d通信之间的干扰，以提高整个系统的系统容量。

技术实现要素：

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干扰对齐的d2d对接入方法，该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预编码以消除蜂窝用户之间和基站对部分d2d对的干扰，并利用干扰对齐技术控制d2d对是否接入蜂窝网络，使系统容量最大化。

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干扰对齐的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预编码的d2d对信道之间的平行度，并按信道平行度进行降序排列；选择信道平行度最大的d2d对接入蜂窝网络，如果系统速率增大，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；如果d2d对接入蜂窝网络后系统速率下降，算法终止；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、参与预编码的d2d对数、基站发射功率、d2d发送机发射功率、未参与预编码的d2d对接入状态矢量；

(2)d2d对接入判断初始化：获取蜂窝用户和所有d2d对的信道状态信息，计算蜂窝用户预编码矢量和系统速率；对未参与蜂窝用户预编码的d2d对，计算从基站到这些d2d对信道与从基站到参与预编码的d2d对信道之间的平行度，并将未参与蜂窝用户预编码的d2d对按信道平行度进行降序排列；在该过程中，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和参与预编码的d2d对速率的总和；

(3)d2d对接入判断：针对排序的d2d对，按顺序将d2d对接入蜂窝网络，若将当前d2d对接入蜂窝网络：如果系统速率增大，则允许该d2d对接入蜂窝网络，将下一个d2d对接入蜂窝网络，重复该步骤；如果系统速率下降，则算法终止然后用相同的方法判断下一对d2d对；在该过程中，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和参与预编码的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。

具体的，所述步骤(2)中，蜂窝用户预编码矢量，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。

具体的，所述步骤(3)中，若当前d2d对接入蜂窝网络，系统速率下降，则当前d2d对及排序在该当前d2d对后的d2d对均不接入蜂窝网络。

有益效果：本发明提供的基于波束成型和干扰对齐的d2d对接入方法，基站发射天线的冗余度对蜂窝用户进行联合迫零预编码，利用干扰对齐技术控制d2d对是否接入蜂窝网络，从而使系统容量最大。

附图说明

图1为系统速率随基站发射功率变化情况；

图2为系统速率随d2d发送机到接收机的距离的变化情况。

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干扰对齐的d2d对接入方法(简称bia)，根据基站发射天线的冗余度对蜂窝用户进行联合迫零预编码，利用干扰对齐技术控制d2d对是否接入蜂窝网络，从而使系统容量最大。

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，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，参与预编码的d2d对数d1，基站发射功率pb，d2d发送机发射功率pd，未参与预编码的d2d对接入状态矢量

第二步：d2d对接入判断初始化，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对的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对的接收机的信道增益gd,i；对蜂窝用户进行联合迫零波束成型：

其中，计算系统容量r；计算从基站到剩余d2d对信道与从基站到参与预编码的d2d对信道之间的平行度，并将剩余的d2d对按信道平行度进行降序排列

fori＝1:d1

forj＝1:(d-d1)

end

[ηdes(i,:)d2(i,:)]＝sort(η(i,:),'descend')；

end

第三步：d2d对接入判断

fori＝1:d1

forj＝1:(d-d1)

计算系统速率r'；

ifr'＞r

r＝r'；λ＝λtemp；

else

结束算法；

end

end

end

end

输出最优的系统速率r。

基于上述过程，给出如下的算法过程：

表1.基于波束成型和干扰对齐的d2d对接入算法

图1给出了系统速率随基站发射功率变化情况，同时给出了conv、zf1作为对比。图2给出了不同接入算法下系统速率随d2d发送机到接收机的距离的变化情况。

在本实施例中，d2d对接入方法的有益效果体现在两个方面：第一，本发明根据基站发射天线的冗余度对蜂窝用户进行联合迫零预编码以消除干扰；第二，利用干扰对齐技术控制d2d对是否接入蜂窝网络，以减小基站对d2d对的干扰。

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。