CN107809795B - D2d异构无线通信网络中基于时间反演的抗干扰方法 - Google Patents

D2d异构无线通信网络中基于时间反演的抗干扰方法 Download PDF

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CN107809795B CN201711079642.5A CN201711079642A CN107809795B CN 107809795 B CN107809795 B CN 107809795B CN 201711079642 A CN201711079642 A CN 201711079642A CN 107809795 B CN107809795 B CN 107809795B
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Abstract

本发明涉及D2D异构无线通信网络中基于时间反演的抗干扰方法，所述方法包括利用时间反演镜分别对蜂窝用户和D2D用户执行信道签名，并获得相应的信干噪比；继而采用启发式算法为蜂窝用户设置蜂窝用户信干噪比门限和为D2D用户设置D2D用户信干噪比门限；根据功率分配的规划目标及蜂窝用户和D2D用户信干噪比门限约束条件，利用KKT条件分配最小化蜂窝用户和D2D用户总功率。本发明既保证了蜂窝用户正常通信，又将D2D用户间的干扰最小化，提高了频谱利用率，保证了蜂窝用户和D2D用户的服务质量。

Description

D2D异构无线通信网络中基于时间反演的抗干扰方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及端到端(Device-to-Device，D2D)异构无线通信网络中基于时间反演的抗干扰方法。
背景技术
随着各种移动通信系统的演进，如高级长期演进系统(Long Term Evolution-Advanced，LTE-Advanced)和全球微波互联接入(Worldwide Interoperability forMicrowave Access，WiMAX)等，人们对带宽的需求呈现爆炸式增大，导致无线频谱资源日益紧缺。为增加可用频谱资源，商用移动通信的频段逐步向高频发展，虽然可用带宽增多，但高频同样带来许多问题，如空间损耗及路径损耗变大，绕射能力降低，覆盖范围相对较小等。根据工信部相关资料显示，共有162MHz的频谱资源用于第二代(the 2nd Generation，2G)移动通信系统，第三代(the 3rd Generation，3G)移动通信系统用了335MHz，而时分LTE(Time Division-LTE，TD-LTE)系统则使用了210MHz，预计到2020年，中国城区国际移动通信(International Mobile Telecommunication，IMT)的频谱资源需求为1864MHz，而用于IMT的频谱缺口将达1177MHz。目前可分配的带宽资源已经满足不了日益膨胀的通信系统的发展需求，如何充分利用有限的频谱资源，提高频谱利用率，已经成为研究的热点问题。
为满足用户的高质量、高速率通信需求，高效率、低能耗的D2D通信技术应运而生。D2D作为下一代蜂窝通信的关键技术，其工作原理是终端复用蜂窝用户的链路的资源，而非通过基站直接进行数据传输，但引入D2D给原本的网络带来了一系列新的干扰问题。由于D2D用户与蜂窝用户共享频谱，D2D通信必然受到蜂窝用户的干扰，蜂窝通信同样受到D2D的干扰，即引起异构网络的跨层干扰；同时D2D用户也会对相邻D2D用户造成强烈的干扰，即异构网络的同层干扰。如何有效抑制乃至消除这些干扰已然引起人们越来越多的关注，而如何利用现有的通信技术使系统获得更高的抗干扰能力是业内一直关注的重点之一。
目前相关文献已经提出了一些用于减小D2D异构无线通信网络中同层干扰和跨层干扰的方法，其中集中式资源分配算法采用功率控制，不同通信模式的D2D用户定义不同的频谱利用率门限，可有效解决D2D异构网络中干扰问题。另外，相关研究人员提出一种在D2D异构无线网络中采用大规模多输入多输出(Massive Multiple-Input Multiple-Output，Massive MIMO)技术分别在理想信道状态信息(Channel State Information，CSI)和非理想CSI条件下提升系统容量和系统性能。
发明人发现，在现有技术中，集中式资源分配算法随着用户数量的增加，其计算复杂度也会急剧增加，使得该方法难以在D2D用户密集部署的场景中应用；同时，在使用Massive MIMO技术时，随着天线数的增加，导频污染引起的干扰成为制约D2D异构网络系统性能的重要原因，从而难以保证整个异构网络用户的服务质量(Quality of Service，QoS)。
发明内容
针对以上现有技术的问题，本发明讨论了D2D异构无线通信网络的干扰问题，提出一种D2D异构无线通信网络中基于时间反演的抗干扰方法，既可以有效抑制跨层干扰和同层干扰，也能满足蜂窝用户和D2D用户的QoS需求。
一种D2D异构无线通信网络中基于时间反演的抗干扰方法，包括以下步骤：
步骤101：利用时间反演镜对蜂窝用户和D2D用户执行信道签名，分别获得蜂窝用户信干噪比和D2D用户信干噪比；
步骤102：采用启发式算法为蜂窝用户设置蜂窝用户信干噪比门限和为D2D用户设置D2D用户信干噪比门限；
步骤103：根据功率分配的规划目标及蜂窝用户和D2D用户信干噪比门限，利用卡罗需-库恩-塔克(Karush-Kuhn-Tucker，KKT)条件分配用户功率；
优选地，所述步骤101利用时间反演镜对蜂窝用户和D2D用户执行信道签名包括：基站接收端利用导频信号进行信道探测，获取信道冲击响应，然后得到信道冲击响应的时间反演共轭形式，最后利用信道冲击响应的时间反演的共轭形式作为时间反演处理器的传输函数。在丰富多径的环境下，有用信号通过时间反演处理器后进行多径传输，相当于信号通过时间反演镜进行传输，可以有效提取有用信号，剔除干扰。
设定蜂窝用户发送信号到基站接收端的时间反演镜为
Figure GDA0003098728110000031
即信道签名：
Figure GDA0003098728110000032
其中*表示共轭，
Figure GDA0003098728110000033
表示第i个蜂窝用户到基站归一化时间反演波形即信道签名；
Figure GDA0003098728110000034
表示第i个蜂窝用户到基站具有长度l的信道延迟分布响应；
Figure GDA0003098728110000035
表示第i个蜂窝用户发送的符号序列{X(k)}到基站的信道延迟分布响应(共轭表示此值为复数的情况)；L表示信道长度。同时，第j个D2D发送端到基站所获得的时间反演信道签名为
Figure GDA0003098728110000036
Figure GDA0003098728110000037
表示第j个D2D发送端到基站归一化时间反演波形即信道签名；
Figure GDA0003098728110000038
表示第j个D2D用户到基站具有长度l的信道延迟分布响应；
Figure GDA0003098728110000039
表示第j个D2D蜂窝用户发送得符号序列{X(k)}到基站的信道延迟分布响应。同理，对于D2D接收端而言，用户到D2D接收端所获得时间反演信道签名与上述类似。
所述步骤101中蜂窝用户和D2D用户通过上述时间反演镜获得蜂窝用户信干噪比
Figure GDA00030987281100000310
D2D用户信干噪比
Figure GDA00030987281100000311
分别表示为：
Figure GDA00030987281100000312
Figure GDA0003098728110000041
其中，
Figure GDA0003098728110000042
为第i个蜂窝用户到基站的路径增益标量系数，dbs_i表示蜂窝用户i到基站的距离，αc表示用户到基站的路径损耗因子，χbs_i表示用户i到基站产生的阴影衰落，其服从对数正态分布，；相应地，αbsk为第k个蜂窝用户到基站的路径增益标量系数，αdj为第j个D2D用户到基站的路径增益标量系数，αdk为第k对D2D用户到第j对D2D接收端的路径增益标量系数，αdi为第i个蜂窝用户到第j对D2D用户接收端的路径增益标量系数；
Figure GDA0003098728110000043
表示第i个蜂窝用户发送功率，如果蜂窝用户k≠i，
Figure GDA0003098728110000044
表示第k个蜂窝用户发送功率，
Figure GDA0003098728110000045
表示第j对D2D用户的发送功率，如果D2D用户对k≠j，
Figure GDA0003098728110000046
表示第k对D2D用户发送功率；
Figure GDA0003098728110000047
表示第i个蜂窝用户到基站时间反演信道签名；
Figure GDA0003098728110000048
表示第k个蜂窝用户到基站时间反演信道签名；
Figure GDA0003098728110000049
表示第j对D2D用户时间反演信道签名矩阵；
Figure GDA00030987281100000410
表示第k对D2D用户时间反演信道签名；其中
Figure GDA00030987281100000411
上标H表示上述对应信道签名矩阵共轭转置；
Figure GDA00030987281100000412
表示第i个蜂窝用户到基站所形成信道拓普利兹矩阵，
Figure GDA00030987281100000413
表示第i个蜂窝用户到基站所形成信道拓普利兹矩阵的第L行向量；且基站接收到的加性高斯白噪声均值为0，方差为σ2，为了简化表达式，第i个蜂窝用户到基站信道协方差矩阵表示为
Figure GDA00030987281100000414
第i个蜂窝用户到基站信道自相关矩阵为
Figure GDA00030987281100000415
Figure GDA00030987281100000416
表示第i个蜂窝用户到基站产生码间干扰信道协方差矩阵，
Figure GDA00030987281100000417
表示D2D干扰用户到基站信道协方差矩阵，
Figure GDA00030987281100000418
表示除发送用户之外其他干扰用户到基站信道协方差矩阵；其中上标H表示共轭转置，同理
Figure GDA00030987281100000419
分别表示第j对D2D用户之间信道自相关矩阵，第j对D2D用户之间码间干扰信道协方差矩阵，除发送D2D用户之外其他干扰用户到第对接收用户信道协方差矩阵，蜂窝用户到第j对D2D接收用户干扰信道协方差矩阵。
基于上述规范定义，可将用户信干噪比简化：
Figure GDA0003098728110000051
Figure GDA0003098728110000052
其中，上标T表示转置，Φ为串扰矩阵，如果蜂窝用户k≠i，
Figure GDA0003098728110000053
表示小区其他蜂窝用户对发送用户i的干扰，如果k＝i，则
Figure GDA0003098728110000054
Pct表示蜂窝用户发送功率矩阵，Pdt表示D2D用户发送功率矩阵；A表示D2D用户对蜂窝用户产生的干扰，其取值为
Figure GDA0003098728110000055
此外，定义蜂窝用户i和D2D用户j的对角矩阵分别为
Figure GDA0003098728110000056
和，定义D2D用户对角矩阵
Figure GDA0003098728110000057
Figure GDA0003098728110000058
表示蜂窝用户对D2D接收用户的同层干扰矩阵；相应地，如果D2D用户对k≠j，则串扰矩阵
Figure GDA0003098728110000059
表示小区内其他D2D用户对发送用户的干扰；如果D2D用户对k＝j，
Figure GDA00030987281100000510
表示D2D发送用户之间的码间干扰。
优选地，所述步骤102采用启发式算法为蜂窝用户设置蜂窝用户信干噪比门限和为D2D用户设置D2D用户信干噪比门限包括：以蜂窝用户为例：
102A：初始化t＝0，容量增益因子
Figure GDA00030987281100000511
基站遍历所有用户N，依次增加信干噪比值Δ(Δ＞1)，并分别计算功率增量
Figure GDA00030987281100000512
以及容量增量
Figure GDA00030987281100000513
其
Figure GDA00030987281100000514
表示蜂窝用户此刻信干噪比，并计算容量增益因子
Figure GDA0003098728110000061
其表示消耗单位功率所获得的容量
102B：找出容量增益因子最大的用户UE(t)＝argmax{b(t)}，如果用户容量增益因子差距甚小
Figure GDA0003098728110000062
则选择信道增益最大的用户UE(t)＝argmax{D1/αbs1 2,...,Di/αbsi 2}i＝1,...,M，其中M表示蜂窝用户数；
102C：更新信干噪比门限
Figure GDA0003098728110000063
102D：依据香农原理，若此时系统总容量满足约束目标Cpk≤C(t)，其中Cpk表示预先设定的容量目标，C(t)表示t时刻系统总容量，则退出循环，返回信干噪比门限；否则重复步骤102A-102C。
优选地，所述步骤103采用KKT条件分配用户功率，具体包括：以最小化系统用户总功率为优化目标，最小系统容量和信干躁比门限为约束条件，构建功率分配目标函数：
min∑iPi
Figure GDA0003098728110000064
Figure GDA0003098728110000065
其中i表示蜂窝用户，Pi表示蜂窝用户i发送功率，Csum表示当前设定的系统容量，
Figure GDA0003098728110000066
表示信干噪比门限，γi(P)表示当前功率下的信干噪比，
Figure GDA0003098728110000067
表示在信干噪比门限下所获得的系统容量；约束条件C1，表示在信干噪比门限下的所有用户的容量之和不小于预先设定的系统容量，在约束条件C2，表示在当前功率条件下所获得的信干噪比值不小于信干噪比门限。同理，对于D2D用户而言，优化目标和约束条件与上述类似。
上述给出的用户功率分配问题可采用KKT条件，具体实现为：根据蜂窝用户功率分配的优化目标函数和约束条件，引用KKT条件对其发射功率Pi求解偏导可得：
Figure GDA0003098728110000068
其中，
Figure GDA0003098728110000071
α和β是拉格朗日乘子，为常数；
Figure GDA0003098728110000072
Figure GDA0003098728110000073
为注水线。
相应地，采用KKT条件分配D2D用户功率的具体实现为：根据D2D用户功率分配的优化目标函数和约束条件，引用KKT条件并对其发射功率Pj求解偏导可得：
Figure GDA0003098728110000074
其中
Figure GDA0003098728110000075
θ，ε是拉格朗日乘子，为常数；
Figure GDA0003098728110000076
Figure GDA0003098728110000077
为注水线。
本发明的有益效果在于：本发明针对D2D异构无线通信网络中干扰问题，采用基于时间反演的抗干扰方法，利用时间反演镜提取有用信号和干扰，完成蜂窝用户和D2D用户的功率控制，在保证蜂窝用户和D2D用户的QoS需求的前提下，不仅能有效地抑制蜂窝用户和D2D用户之间的跨层干扰及同层干扰，而且能提高频谱利用率。
附图说明
图1本发明D2D异构无线通信网络中基于时间反演的抗干扰方法优选实施例流程图；
图2本发明D2D异构无线通信网络中用户信道签名模块示例图；
图3本发明D2D异构无线通信网络中采用启发式算法设置信干噪比门限的实施例流程图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点表达的更加清楚明白，下面结合附图及具体实施案例对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明D2D异构无线通信网络中基于时间反演的抗干扰方法优选实施例流程图，该方法包括以下步骤：
步骤101：利用时间反演镜对蜂窝用户和D2D用户执行信道签名，并分别获得蜂窝用户信干噪比和D2D用户信干噪比；
步骤102：采用启发式算法为蜂窝用户设置蜂窝用户信干噪比门限和为D2D用户设置D2D用户信干噪比门限；
步骤103：根据功率分配的规划目标及蜂窝用户和D2D用户信干噪比门限，利用KKT条件为用户分配功率；
图2为本发明D2D异构无线通信网络中用户信道签名模块示例图，包括：
201、发送端利用导频信号进行信道探测；
202、发送信号通过时间反演镜执行信道签名，其中，时间反演镜表示第i个蜂窝用户通过信道发送信号，接收端将接收到到的信号时间反转并重新通过信道发射，相当于将信道冲击响应进行反转，重新发射的信号就可以实现时间和空间同步聚焦。即归一化时间反演波形表示信道签名：
Figure GDA0003098728110000081
其中*表示共轭，
Figure GDA0003098728110000082
表示第i个蜂窝用户到基站归一化时间反演波形即信道签名；
Figure GDA0003098728110000083
表示第i个蜂窝用户到基站具有长度l的信道延迟分布响应；
Figure GDA0003098728110000084
表示第i个蜂窝用户发送的符号序列{X(k)}到基站的信道延迟分布响应(共轭表示此值为复数的情况)；L表示信道长度。
其具体功能实现为：
发送端发送的有用信号通过时间反演镜后进行多径传输，相当于每条路径对信号均进行了时间反演信道签名，可以提取有用信号，剔除干扰。
设定第j个D2D发送端到基站所获得的时间反演信道签名为：
Figure GDA0003098728110000085
其中
Figure GDA0003098728110000091
表示第j个D2D发送端到基站归一化时间反演波形即信道签名；
Figure GDA0003098728110000092
表示第j个D2D用户到基站具有长度l的信道延迟分布响应；
Figure GDA0003098728110000093
表示第j个D2D蜂窝用户发送得符号序列{X(k)}到基站的信道延迟分布响应；L表示信道长度。
同理，对于D2D接收端而言，用户到D2D接收端所获得的时间反演信道签名与上述类似。
基于上述信道签名(1)和(2)，建模蜂窝用户信干噪比和D2D用户信干噪比公式为：
Figure GDA0003098728110000094
Figure GDA0003098728110000095
其中，定义
Figure GDA0003098728110000096
为第i个蜂窝用户到基站的标量系数，其中dbs_i表示蜂窝用户i到基站的距离，αc表示用户到基站的路径损耗因子，χbs_i表示蜂窝用户i到基站产生的阴影衰落，其服从对数正态分布；相应地，αbsk为第k个蜂窝用户到基站的路径增益标量系数，αdj为第j个D2D用户到基站的路径增益标量系数，αdk为第k对D2D用户到第j对D2D接收端的路径增益标量系数，αdi为第i个蜂窝用户到第j对D2D用户接收端的路径增益标量系数；
Figure GDA0003098728110000097
表示第i个蜂窝用户的发送功率，如果蜂窝用户k≠i，
Figure GDA0003098728110000098
表示第k个蜂窝用户发送功率，
Figure GDA0003098728110000099
表示第j对D2D用户的发送功率，如果D2D用户对k≠j，
Figure GDA00030987281100000910
表示第k对D2D用户发送功率；
Figure GDA00030987281100000911
表示第i个蜂窝用户到基站时间反演信道签名；
Figure GDA00030987281100000912
表示第k个蜂窝用户到基站时间反演信道签名；
Figure GDA00030987281100000913
表示第j对D2D用户时间反演信道签名矩阵；
Figure GDA00030987281100000914
表示第k对D2D用户时间反演信道签名；其中
Figure GDA00030987281100000915
上标H表示上述对应信道签名矩阵共轭转置；
Figure GDA0003098728110000101
表示第i个蜂窝用户到基站所形成信道拓普利兹矩阵，
Figure GDA0003098728110000102
表示第i个蜂窝用户到基站所形成信道拓普利兹矩阵的第L行向量；且基站接收到的加性高斯白噪声均值为0，方差为σ2，为了简化表达式，第i个蜂窝用户到基站信道协方差矩阵表示为
Figure GDA0003098728110000103
第i个蜂窝用户到基站信道自相关矩阵为
Figure GDA0003098728110000104
表示第i个蜂窝用户到基站产生码间干扰信道协方差矩阵，
Figure GDA0003098728110000105
表示D2D干扰用户到基站信道协方差矩阵，
Figure GDA0003098728110000106
表示除发送用户之外其他干扰用户到基站信道协方差矩阵；其中上标H表示共轭转置，同理
Figure GDA0003098728110000107
Figure GDA0003098728110000108
分别表示第j对D2D用户之间信道自相关矩阵，第j对D2D用户之间码间干扰信道协方差矩阵，除发送D2D用户之外其他干扰用户到第对接收用户信道协方差矩阵，蜂窝用户到第j对D2D接收用户干扰信道协方差矩阵。
根据蜂窝用户信干噪比公式(3)和D2D用户信干噪比公式(4)，可将其简化：
Figure GDA0003098728110000109
Figure GDA00030987281100001010
其中，上标T表示转置，Φ为串扰矩阵，如果蜂窝用户k≠i，
Figure GDA00030987281100001011
表示小区其他蜂窝用户对发送用户i的干扰，如果k＝i，则
Figure GDA00030987281100001012
Pct表示蜂窝用户发送功率矩阵，Pdt表示D2D用户发送功率矩阵；A表示D2D用户对蜂窝用户产生的干扰，其取值为
Figure GDA00030987281100001013
此外，定义蜂窝用户i和D2D用户j的对角矩阵分别为
Figure GDA00030987281100001014
和，定义D2D用户对角矩阵
Figure GDA00030987281100001015
Figure GDA00030987281100001016
表示蜂窝用户对D2D接收用户的同层干扰矩阵；相应地，如果D2D用户对k≠j，则串扰矩阵
Figure GDA00030987281100001017
表示小区内其他D2D用户对发送用户的干扰；如果D2D用户对k＝j，
Figure GDA0003098728110000111
表示D2D发送用户之间的码间干扰。
为实现步骤102所述操作，图3给出本发明D2D异构无线通信网络中采用启发式算法设置信干噪比门限的实施例流程图，以蜂窝用户为例，具体包括：
301A：初始化t＝0，容量增益因子
Figure GDA0003098728110000112
基站遍历所有用户N，依次增加信干噪比值Δ(Δ＞1)和时刻t(初始值为0)，并分别计算由公式(5)推出的功率增量
Figure GDA0003098728110000113
以及容量增量
Figure GDA0003098728110000114
其
Figure GDA0003098728110000115
表示蜂窝用户此刻信干噪比；并计算容量增益因子
Figure GDA0003098728110000116
其表示消耗单位功率所获得的容量
302B：找出容量增益因子最大的用户UE(t)＝argmax{b(t)}，如果用户容量增益因子差距甚小
Figure GDA0003098728110000117
则选择信道增益最大的用户UE(t)＝argmax{D1/αbs1 2,...,Di/αbsi 2}i＝1,...,M，其中M表示蜂窝用户数；否则选择容量增益最大的用户；
303C：更新信干噪比门限
Figure GDA0003098728110000118
304D：依据香农原理，若此时系统总容量满足约束目标Cpk≤C(t)，则退出循环，返回信干噪比门限，其中Cpk表示预先设定的容量目标，C(t)表示t时刻系统总容量，否则重复步骤301A-303C。
同理，对于设置D2D用户信干噪比如上述一致；
步骤103描述的根据蜂窝用户信干噪比门限和D2D用户信干噪比门限，利用采用KKT条件分配用户功率，具体包括：以最小化系统用户总功率为优化目标，最小系统容量和信干噪比门限(蜂窝用户信干噪比门限和D2D用户信干噪比门限)为约束条件，构建功率分配目标函数：
min∑iPi (7)
Figure GDA0003098728110000121
其中i表示蜂窝用户，Pi表示蜂窝用户i发送功率，Csum表示当前设定的系统容量，
Figure GDA0003098728110000122
表示信干噪比门限，γi(P)表示当前功率下的信干噪比，
Figure GDA0003098728110000123
表示在信干噪比门限下所获得的系统容量，在约束条件C1，表示在信干噪比门限下的所有用户的容量之和不小于预先设定的系统容量，在约束条件C2，表示在当前功率条件下所获得的信干噪比值不小于信干噪比门限。
根据规划目标(7)和约束条件(8)，引用KKT条件得到：
Figure GDA0003098728110000124
其中α，β是拉格朗日乘子，为常数；将上述KKT方程(9)对蜂窝用户发射功率pi求解偏导，即
Figure GDA0003098728110000125
可得：
Figure GDA0003098728110000126
其中参数
Figure GDA0003098728110000127
Figure GDA0003098728110000128
为注水线。
同理，根据D2D用户功率分配的优化目标函数和约束条件，引用KKT条件得到：
Figure GDA0003098728110000129
其中参数
Figure GDA00030987281100001210
θ，ε是拉格朗日乘子，为常数；
Figure GDA00030987281100001211
Figure GDA00030987281100001212
为注水线。
本发明所举实施方式或者实施例对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施方式或者实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于D2D异构无线通信网络中基于时间反演的抗干扰方法，包括以下步骤：
步骤101：利用时间反演镜对蜂窝用户和D2D用户执行信道签名，并分别获得蜂窝用户信干噪比和D2D用户信干噪比；
所述步骤101利用时间反演镜对蜂窝用户和D2D用户执行信道签名包括：基站接收端利用导频信号即直接序列扩频信号进行信道探测，获取信道冲击响应，然后得到信道冲击响应的时间反演共轭形式，最后利用信道冲击响应的时间反演的共轭形式作为时间反演处理器的传输函数；设定蜂窝用户发送信号到基站接收端的时间反演镜为
Figure FDA0003098728100000011
即定义信道签名：
Figure FDA0003098728100000012
其中*表示共轭，
Figure FDA0003098728100000013
表示第i个蜂窝用户到基站归一化时间反演波形即信道签名；
Figure FDA0003098728100000014
表示第i个蜂窝用户到基站具有长度l的信道延迟分布响应；
Figure FDA0003098728100000015
表示第i个蜂窝用户发送的符号序列{X(k)}到基站的信道延迟分布响应；L表示信道长度；同时，第j个D2D发送端到基站所获得的时间反演信道签名为
Figure FDA0003098728100000016
Figure FDA0003098728100000017
表示第j个D2D发送端到基站归一化时间反演波形即信道签名；
Figure FDA0003098728100000018
表示第j个D2D用户到基站具有长度l的信道延迟分布响应；
Figure FDA0003098728100000019
表示第j个D2D蜂窝用户发送得符号序列{X(k)}到基站的信道延迟分布响应，k表示蜂窝用户序号；
步骤102：采用启发式算法为蜂窝用户设置蜂窝用户信干噪比门限和为D2D用户设置D2D用户信干噪比门限，包括：
为蜂窝用户设置蜂窝用户信干噪比门限：
初始化t＝0，容量增益因子
Figure FDA0003098728100000021
步骤102A：基站遍历所有用户N，依次增加信干噪比值Δ，并分别计算功率增量
Figure FDA0003098728100000022
以及容量增量
Figure FDA0003098728100000023
其
Figure FDA0003098728100000024
表示蜂窝用户此刻信干噪比；并计算容量增益因子
Figure FDA0003098728100000025
其表示消耗单位功率所获得的容量；Di表示蜂窝用户i的对角矩阵；
Figure FDA0003098728100000026
表示小区其他蜂窝用户对发送用户i的干扰；Pdt表示D2D用户发送功率矩阵；σ2表示方差；αbsi为第i个蜂窝用户到基站的路径增益标量系数；I表示单位矩阵；
Figure FDA0003098728100000027
表示D2D通信对蜂窝用户i造成的共道干扰；
步骤102B：找出容量增益最大的用户UE(t)＝argmax{bi (t)}，如果用户容量增益因子差距甚小
Figure FDA0003098728100000028
则选择信道增益最大的用户UE(t)＝argmax{D1/αbs1 2,...,Di/αbsi 2}i＝1,...,M，其中M表示蜂窝用户数；否则选择容量增益最大的用户；
步骤102C：更新信干噪比门限
Figure FDA0003098728100000029
步骤102D：依据香农原理，若系统总容量满足约束目标Cpk≤C(t)，则退出循环，返回信干噪比门限，其中Cpk表示预先设定的容量目标，C(t)表示t时刻系统总容量；否则重复步骤102A-102C；
同理，对于为D2D用户设置D2D用户信干噪比门限与上述一致；
步骤103：根据功率分配的规划目标及所述蜂窝用户信干噪比门限和D2D用户信干噪比门限，采用卡罗需-库恩-塔克KKT条件分配用户功率。
2.根据权利要求1所述的基于时间反演的抗干扰方法，其特征在于，步骤101中蜂窝用户信干噪比、D2D用户信干噪比分别表示为：
Figure FDA0003098728100000031
Figure FDA0003098728100000032
其中，
Figure FDA0003098728100000033
表示蜂窝用户信干噪比，
Figure FDA0003098728100000034
表示D2D用户信干噪比，
Figure FDA0003098728100000035
为第i个蜂窝用户到基站的路径增益标量系数，其中dbs_i表示蜂窝用户i到基站的距离，αc表示用户i到基站的路径损耗因子，χbs_i表示蜂窝用户i到基站产生的阴影衰落，其服从对数正态分布；相应地，αbsk为第k个蜂窝用户到基站的路径增益标量系数，αdj为第j个D2D用户到基站的路径增益标量系数，αdk为第k对D2D用户到第j对D2D接收端的路径增益标量系数，αdi为第i个蜂窝用户到第j对D2D用户接收端的路径增益标量系数；
Figure FDA0003098728100000036
表示第i个蜂窝用户的发送功率，如果蜂窝用户k≠i，
Figure FDA0003098728100000037
表示第k个蜂窝用户发送功率，
Figure FDA0003098728100000038
表示第j对D2D用户的发送功率，如果D2D用户对k≠j，
Figure FDA0003098728100000039
表示第k对D2D用户发送功率；
Figure FDA00030987281000000310
表示第i个蜂窝用户到基站时间反演信道签名矩阵；
Figure FDA00030987281000000311
表示第k个蜂窝用户到基站时间反演信道签名矩阵；
Figure FDA00030987281000000312
表示第j对D2D用户时间反演信道签名矩阵；
Figure FDA00030987281000000313
表示第k对D2D用户时间反演信道签名矩阵；其中
Figure FDA00030987281000000314
Figure FDA00030987281000000315
上标H表示上述对应信道签名矩阵共轭转置；
Figure FDA00030987281000000316
表示第i个蜂窝用户到基站所形成信道拓普利兹矩阵，
Figure FDA00030987281000000317
表示第i个蜂窝用户到基站所形成信道拓普利兹矩阵的第L行向量；且基站接收到的加性高斯白噪声均值为0，方差为σ2，为了简化表达式，第i个蜂窝用户到基站信道协方差矩阵表示为
Figure FDA00030987281000000318
第i个蜂窝用户到基站信道自相关矩阵为
Figure FDA00030987281000000319
表示第i个蜂窝用户到基站产生码间干扰信道协方差矩阵，
Figure FDA00030987281000000320
表示D2D干扰用户到基站信道协方差矩阵，
Figure FDA0003098728100000041
表示除发送用户之外其他干扰用户到基站信道协方差矩阵；其中上标H表示共轭转置，
Figure FDA0003098728100000042
表示第j个D2D用户到基站所形成信道托普利兹矩阵；同理
Figure FDA0003098728100000043
分别表示第j对D2D用户之间信道自相关矩阵，第j对D2D用户之间码间干扰信道协方差矩阵，除发送D2D用户之外其他干扰用户到第j对接收用户信道协方差矩阵，蜂窝用户到第j对D2D接收用户干扰信道协方差矩阵。
3.根据权利要求2所述基于时间反演的抗干扰方法，其特征在于，所述步骤101蜂窝用户信干噪比和D2D用户信干噪比的规范定义简化式分别如下：
Figure FDA0003098728100000044
其中，上标T表示转置，Φ为串扰矩阵，如果蜂窝用户k≠i，
Figure FDA0003098728100000045
表示小区其他蜂窝用户对发送用户i的干扰，如果k＝i，则
Figure FDA0003098728100000046
Pct表示蜂窝用户发送功率矩阵，Pdt表示D2D用户发送功率矩阵；A表示D2D用户对蜂窝用户产生的干扰，其取值为
Figure FDA0003098728100000047
此外，定义蜂窝用户i和D2D用户j的对角矩阵分别为
Figure FDA0003098728100000048
和
Figure FDA0003098728100000049
Figure FDA00030987281000000410
表示蜂窝用户对D2D接收用户的同层干扰矩阵；相应地，如果D2D用户对k≠j，则串扰矩阵
Figure FDA00030987281000000411
表示小区内其他D2D用户对发送用户的干扰；如果D2D用户对k＝j，
Figure FDA00030987281000000412
表示D2D发送用户之间的码间干扰；
Figure FDA00030987281000000413
表示蜂窝用户到第j对D2D接收用户干扰信道协方差矩阵。
4.根据权利要求1所述基于时间反演的抗干扰方法，其特征在于，所述步骤103采用卡罗需-库恩-塔克KKT条件分配用户功率，包括以最小化系统总功率为优化目标，最小系统容量和信干噪比门限为约束条件，构建功率分配目标函数：
min∑iPi
s.t.C1
Figure FDA0003098728100000051
C2
Figure FDA0003098728100000052
其中，i表示蜂窝用户，Pi表示蜂窝用户i发送功率，Csum表示当前设定的系统容量，
Figure FDA0003098728100000053
表示信干噪比门限，γi(P)表示当前功率下的信干噪比，
Figure FDA0003098728100000054
表示在信干噪比门限下所获得的系统容量；约束条件C1，表示在信干噪比门限下的所有用户的容量之和不小于当前设定的系统容量，约束条件C2，表示在当前功率条件下所获得的信干噪比值不小于信干噪比门限。
5.根据权利要求4所述基于时间反演的抗干扰方法，其特征在于，所述采用KKT条件对用户分配功率进一步包括：根据蜂窝用户功率分配的优化目标函数和约束条件，引用KKT条件得到：
Figure FDA0003098728100000055
其中，
Figure FDA0003098728100000056
α和β是拉格朗日乘子，为常数；
Figure FDA0003098728100000057
Figure FDA0003098728100000058
为注水线。
6.根据权利要求4所述基于时间反演的抗干扰方法，其特征在于，所述采用KKT条件对用户分配功率进一步包括：根据D2D用户功率分配的优化目标函数和约束条件，引用KKT条件得到：
Figure FDA0003098728100000059
其中，
Figure FDA00030987281000000510
θ和ε是拉格朗日乘子，为常数；
Figure FDA00030987281000000511
Figure FDA00030987281000000512
为注水线。
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