CN106231683A - 基于小区网络的d2d通信中的机会干扰管理方案 - Google Patents

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Abstract

基于小区网络的Device‑to‑Device(D2D)通信中,动态机会干扰管理方案的操作步骤为:(1)小区参考信号空间发送：小区用户联合设计参考信号空间，将参考信号空间传送给小区中的D2D用户。接下来因基站消除对D2D造成的干扰，对D2D用户数量进行约束。(2)D2D用户选择：由于D2D用户会对小区用户造成干扰，因此，计算每个D2D用户的干扰与参考信号空间之间的角度，并得到调度指标。接着按一定的准则，选出规定数量的D2D用户。(3)根据选择的D2D用户，BS设计预编码矩阵，消除对D2D用户的干扰。本发明利用干扰信号空间能够根据不同的用户选择机制选择D2D用户，有效的减少D2D用户对小区用户的干扰，同时，在该种情况下，只需知道局部CSI，复杂度会比较低。

Description

基于小区网络的D2D通信中的机会干扰管理方案
技术领域
本发明涉及一种用于基于小区网络的D2D通信网络，基于参考信号的下行机会干扰管理方案。确切地说，是通过调度选择适合的D2D用户对来减小D2D用户对小区用户的干扰，属于无线通信技术领域。
背景技术
近几年来，由于无线通信的快速发展，人们对服务的质量提出更高的要求，同时，用户的数量也在飞速的发展。但由于频谱资源的限制，无线通信面临着巨大的挑战。D2D通信不像传统的小区通信一样，而是用户之间可以不通过基站进行通信。这种方式能够有效节省功率并提高系统的速率。但同时，它会造成新的干扰，即D2D用户给下行小区用户之间的干扰。这种干扰严重影响该系统的性能。
在这里我们主要考虑的是如何管理D2D用户对传统小区用户造成的干扰。在现有的方法中，往往利用凸优化来降低干扰，虽然可以消除绝大多数的干扰，但是这些方法的复杂度较高，系统开销较大。有些方法中，直接利用干扰对齐技术对干扰完全消除，这需要已知全局信道状态信息(CSI)，这点在实际的网络中是不实际的。考虑到小区用户本身能够承受一定的干扰，我们可以通过一种简单的方案把干扰控制在一定的范围内，保证所需的性能即可。
在传统的网络中，机会干扰对齐技术能很好的克服CSI的开销问题。这个方法能够利用局部的CSI有效的减少干扰的大小并降低计算的复杂度。目前这种方法已经被用于蜂窝网络、两层异构网络以及多中继网络等。根据这些思路，可以将该种方法引用到本场景中，进一步解决新的干扰问题。
针对现有方法复杂度高或者系统性能不够好的问题，本发明提出了一种适用于基于小区网络的D2D通信网络的机会干扰管理方案。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种适用于基于小区网络的D2D通信的下行链路的有效干扰管理方案，即一种在小区网络的D2D通信中，利用已知的小区用户发送的参考信号来调度D2D用户对，以降低D2D用户对小区用户干扰的机会干扰管理方案。本发明方法利用基站(BS)仅已知所有用户到自身的CSI的条件，消除BS对D2D用户和小区用户造成的干扰。同时基于小区用户联合发送的参考信号空间以及D2D发送用户仅知道它们到小区用户和D2D接收用户的信道状态信息，我们可以利用调度标准来衡量D2D用户给小区用户造成的干扰大小，并有效减少干扰。因此，所提方法能够选出更合适的D2D用户。并且，这个算法中没有迭代的过程，复杂度比较低。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于小区网络的D2D通信的下行机会干扰管理方案，用于下述场景：BS位于小区的中心，在小区中均匀分布着多个小区用户和多对D2D用户对。其中BS知道局部CSI，D2D发送端知道局部CSI。其特征在于：所述方法包括下列三个操作步骤：
(1)小区参考信号发送：小区用户联合设计干扰参考信号空间，并将参考信号空间传送给小区中的D2D用户。利用参考信号空间，可以提前较准确的估计出D2D用户对小区用户可能造成的干扰大小。接下来由于设计基站会消除由于下行传输中对D2D造成的干扰，会对接入网络中的D2D用户对的数量进行约束。
(11)小区用户计算出参考信号空间其中，表示第k个小区用户的干扰信号方向矢量，同时在这里，QC,k也是一个规范正交基。
(12)基站根据其天线数量M、小区用户数量K以及发送的信号数据流(单流)，确定需要选择的D2D的用户数量L＜M-(K-1)。
(2)D2D用户对选择：由于D2D用户会对小区用户造成干扰，因此，需要得到每个D2D用户的干扰与参考信号空间之间的角度，并得到调度指标。接着按照一定的准则，选出规定数量的D2D用户对。这些选定的用户就能减少对小区用户的干扰。
(21)每个D2D用户根据局部信道状态信息，即D2D发送端到小区用户之间的CSI，以及干扰参考信号空间，计算它们之间的角度其中 为第s个D2D用户对与第k个小区用户之间的CSI。这个角度可以用来表征D2D对小区用户的干扰大小。
(22)根据角度，提出了两种选择策略，即Minimize total interference of eachD2D(MIE)：Minimum interference to one CU(MIO)：
(3)根据选择的D2D用户对，BS设计预编码矩阵，消除对D2D用户的干扰。
(31)根据选择的D2D用户信息，计算出BS的预编码信息，该传输波束成形技术能够消除BS对D2D用户的干扰。其中是BS对第i个小区用户的预编码。
本发明中，基于小区用户发送干扰参考信号空间，对D2D用户进行机会选择是一种适用于基于小区通信的D2D网络中下行链路的干扰管理方法。其优点是，只利用局部CSI，即，D2D传输用户仅知其到小区用户和D2D接收用户的CSI，再利用参考信号空间可以计算得出可以代表产生干扰大小的角度值。接下来，BS利用D2D用户回传的数据即得出的调度值，按照一定的原则选出D2D用户，复杂度比较低。本发明是一种低复杂度的方法，能有效的降低D2D用户对小区用户的干扰。
附图说明
图1是本发明的应用场景：基于下行小区网络的D2D通信系统模型图。
图2是本发明中基于参考信号的下行机会干扰管理方案的流程图。
图3是本发明实施例中，系统小区用户和D2D用户的和速率以及各种情况下的速率仿真图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
参见图1，先介绍本发明的应用场景：在一个小区中，基站位于中心位置，基站拥有M个天线；K个小区用户，每个小区用户有NC个天线；S个D2D用户对，每个D2D用户有一个天线。
CUk表示第k个小区用户，k∈[1,K]，DUs表示第s个D2D用户，s∈[1,S]。BS到CUk之间的信道可以表示为BS和DUs之间的信道表示为DUs的传输用户到DUm的接收用户之间的信道可以表示为DUs的传输用户到CUk之间的信道可以表示为假设所有BS到CUk的发送功率相等为CUk到DUs的发送功率为PD,s。
(1)小区参考信号设计：小区用户联合设计干扰参考信号空间，并将参考信号空间传送给小区中的D2D用户。接下来由于基站会消除由于下行传输中对D2D造成的干扰，会对接入网络中的D2D用户对的数量进行约束。
(11)小区用户之间联合计算出自己的参考信号矢量以及干扰信号空间其中，表示第k个小区用户的干扰信号方向矢量，并且
(12)基站根据其天线数量、小区用户数量以及发送的信号数据流，确定需要选择的D2D的用户数量L＜M-(K-1)。
(2)D2D用户对选择：由于D2D用户会对小区用户造成干扰，因此，需要得到每个D2D用户的干扰与参考信号空间之间的角度，并得到调度指标。接着按照一定的准则，选出规定数量的D2D用户对。这些选定的用户就能减少对小区用户的干扰。
(21)每个D2D用户根据局部信道状态信息，即D2D发送端到小区用户之间的CSI，以及干扰参考信号空间，计算它们之间的角度其中其中为第s个D2D用户对与第k个小区用户之间的CSI。这个角度可以用来表征D2D对小区用户的干扰大小。
(22)根据角度，提出了两种选择策略，即
Minimize total interference of each D2D(MIE)：
Minimum interference to one CU(MIO)(MIO)：
(3)根据选择的D2D用户对，BS设计预编码矩阵，消除对D2D用户的干扰。
(31)根据选择的D2D用户信息，计算出BS的预编码信息，该传输波束成形技术能够消除BS对D2D用户的干扰。其中是BS对第i个用户的预编码。
为了展示本发明的实用性，申请人进行了多次仿真实施试验。试验系统中的网络模型为图1所示的应用场景。仿真试验的结果如图3所示，从微小区的可达和速率方面进行了仿真，并与文献[1]进行了对比。为了直观地体现本发明方法的优越性，将本发明方法的仿真结果和理想的上界结果和一般的机会干扰对齐进行了对比。
以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
[1]L.Wei,R.Hu,T.He,and Y.Qian,“Device-to-device(d2d)communicationsunderlaying MU-MIMO cellular networks,”in Proc IEEE GLOBECOM,pp.1455-1468,Dec.2013.

Claims (4)

1.本发明提供了一种用于基于小区网络的Device-to-Device(D2D)通信中，基于局部信道状态信息的下行干扰管理方案。用于以下场景：基站(BS)位于小区的中心，在小区中，均匀分布着多个小区用户和多对D2D用户对。其中BS知道局部信道状态信息(CSI)，即BS与所有接收用户的CSI；D2D发送端知道局部CSI，即D2D发送端到所有接收用户的CSI。
(1)小区参考信号发送：小区用户联合设计该小区的参考信号空间，然后将参考信号空间发送给小区中的用户。利用参考信号空间，用户可以提前较准确的估计出D2D用户可能造成的干扰大小。
(2)D2D用户对选择：由于D2D的传输用户知道它们与小区用户之间的信道状态信息，利用该信息以及小区的参考信号空间，D2D可计算发送信号与参考信号空间之间的角度，该角度可以反映D2D用户对小区用户的干扰程度。再利用提出的两种用户选择方案，将每个D2D用户得到的调度值传输给BS，BS根据服务用户数量的限制，选择相应数量的D2D用户对。
(3)根据选择的D2D用户对，BS设计预编码矩阵，消除对选择的D2D用户的下行干扰。
本发明利用D2D发送的信号与小区用户的参考信号空间的角度，提出了两种标准来更加全面的估计D2D用户对小区用户的干扰，以便更加准确地调度选择D2D用户，有效的减少了D2D用户对小区用户的干扰，同时，复杂度也较低。
2.根据权利要求1所述的方法，所述步骤(1)中，小区参考信号设计包括下列的操作内容：
(11)小区用户计算出参考信号空间其中，表示第k个小区用户的干扰信号方向矢量，同时在这里，QC,k也是一个规范正交基。
(12)基站根据其天线数量M、小区用户数量K以及发送的信号数据流(单流)，确定需要选择的D2D的用户数量L＜M-(K-1)。
3.根据权利要求1所述的方法，所述步骤(2)进一步包括下列操作内容：
(21)每个D2D用户根据局部信道状态信息，即D2D发送端到小区用户之间的CSI，以及干扰参考信号空间，计算它们之间的角度其中为第s个D2D用户对与第k个小区用户之间的CSI。这个角度可以用来表征D2D对小区用户的干扰大小。
(22)根据角度，提出了两种选择策略，即Minimize total interference of each D2D(MIE)：Minimum interference to one CU(MIO)：
4.根据权利要求1所述的方法，所述步骤(3)进一步包括下列操作内容：
(31)根据选择的D2D用户信息，计算出BS的预编码信息，该传输波束成形技术能够消除BS对D2D用户的干扰。其中是BS对第i个用户的预编码。
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