基于联合干扰对齐和功率优化的D2D通信干扰管理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于联合干扰对齐和功率优化的D2D通信干扰管理方法，主要解决现有方法无法保证干扰对齐可行性和不同干扰链路路径损耗的不同，导致来自不同干扰链路的干扰强度不同的问题；其实施过程为：本系统将优化问题分解为三个子问题，并通过依次求解这三个子问题得出原问题的一个次优解：首先，在保证干扰对齐可行的前提下选择合适的干扰链路来进行干扰对齐，计算出连通系数矩阵a；其次针对所选出的干扰链路设计部分连通干扰对齐预编码V和解码矩阵G；最后针对剩余的干扰进行迭代凸近似功率优化；本发明专利技术能使得D2D及蜂窝通信链路提高自由度，同时有效提升网络吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
基于联合干扰对齐和功率优化的D2D通信干扰管理方法
本专利技术属于网络中资源管理和干扰的联合管理领域，涉及一种基于联合干扰对齐和功率优化的D2D通信干扰管理方法。
技术介绍
由于未来无线通信系统会越来越密集，干扰情况将更加复杂，所以单纯依靠资源管理的方法已不能有效消除网络中的干扰。例如，在网络中用户变密集时，将会有更多的D2D链路与同一个蜂窝用户复用相同的资源。此时，资源分配无法有效的将这些链路分隔开，这些链路之间的干扰会限制吞吐量的提升。因此，在D2D与蜂窝混合网络中结合更有效的干扰管理策略来进一步提升网络容量是非常有必要的。干扰对齐是一种有效降低干扰的策略。当前针对D2D与蜂窝混合网络的干扰对齐研究还处于起步阶段。根据已有的研究发现，在D2D与蜂窝混合网络中应用干扰对齐技术面临的主要难题是如何保证干扰对齐的可行性。特别是在这种D2D与蜂窝混合网络中，由于基站和用户天线配置的不同，干扰系统通常是非对称的。然而，当前得出的有关干扰对齐可行条件的闭式解都是针对对称网络的，而对于非对称网络缺乏实际可操作的结论。另外，由于网络中不同干扰链路路径损耗的不同，导致来自不同干扰链路的干扰强度不同。因而，网络中同时存在较强的干扰和较弱的干扰。研究忽略部分较弱干扰的部分干扰对齐技术有如下优势：一方面部分干扰对齐可提高系统可得自由度，另一方面可使得干扰对齐可行条件更容易满足。但已有的关于部分干扰对齐的研究多是针对不含D2D通信的MIMO干扰网络，因此如何在D2D与蜂窝混合网络中设计有效的部分干扰对齐技术是本章研究重点。综上所述，我们借鉴文献中的可行检测算法，提出了一种可保证干扰对齐可行的干扰链路选取算法。与已有研究相比，本章提出的部分干扰对齐算法可根据网络中的干扰情况选取合适的链路进行对齐，而不是人为事先规定好哪些链路进行干扰对齐。并且，该链路选取算法具有多项式级复杂度，实际操作性较强。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有网络中的资源有限，而用户数目又很多时，资源分配往往不能有效避免冲突和复用相同资源的用户之间就会产生干扰的缺点，尤其是针对D2D与蜂窝通信链路构成的干扰系统，提出了一种联合部分干扰对齐及功率优化方法，以在降低或消除干扰和提高D2D及蜂窝通信链路的自由度，同时有效提升网络吞吐量。为实现上述目的，本专利技术使用部分干扰对齐以及功率优化方法，即通过利用干扰链路的部分连通性，以最大化和速率为目标，建立了联合部分干扰对齐和功率控制的优化问题，并在该优化问题是一个非线性非凸的混合整数规划问题，难以直接求解情况下，将该问题分解为三个子问题，并通过依次求解这三个子问题得出原问题的一个次优解。包括如下三个步骤：1.一种基于联合干扰对齐和功率优化的D2D通信干扰管理方法，包括如下步骤：(1)保证干扰对齐可行的干扰选取；(2)迭代式部分干扰对齐；(3)迭代凸近似功率优化；其中步骤(1)所述的保证干扰对齐可行的干扰选取按照如下步骤进行：(1a)将所有干扰链路的信干比，按从低到高的顺序排序，这里排序方法可以采用简单的插入排序法(小规模网络)或一些高效的排序方法(大规模网络)，如快速排序法等，所有干扰链路的连通系数置为0，其中γ[kj]为干扰链路j→k的信干比，为所有复用相同资源的蜂窝用户和D2D链路的集合；(1b)对于基站受到的干扰(即k∈C)：选取拥有前小SIR的干扰链路进行干扰对齐，也就是这些链路的连通系数置为1，其中M为基站配置的天线数目，d为每条链路的自由度；(1c)对于剩余干扰，选取拥有前nUE小的干扰链路进行干扰对齐，也就是这些链路的连通系数置为1，其中N是用户配置的天线数目，D是所有使用相同资源的D2D链路数目之和，L为小区个数；(1d)对经过步骤(1b)和步骤(1c)建立的部分连通干扰网络进行可行性检测，如果满足干扰对齐可行条件，结束；否则进入步骤(1e)；(1e)从步骤(1b)和步骤(1c)中选出的干扰链路中选出j→k去除，其中j，k是根据下式计算出的：返回步骤(1d)，其中c[kj]为发送节点j到接收节点k的蜂窝用户链路，α[kj]为发送节点j和接收节点k之间干扰链路的连通系数。其中步骤(2)所述的迭代式部分干扰对齐按照如下步骤进行：(2a)对干扰对齐预编码矩阵初始化，迭代次数i＝0；(2b)通过最小化干扰泄露计算正向通信干扰对齐解码矩阵其中，H[kj]为发送节点j和接收节点k之间干扰链路的信道矩阵，P[j]为干扰功率；(2c)通过最小化干扰泄露计算反向通信解码矩阵(此时反向通信的解码矩阵即正向通信的预编码矩阵)，其中，(2d)令i＝i+1，循环步骤(2b)～(2d)直至收敛。其中步骤(3)所述的迭代凸近似功率优化按照如下步骤进行：(3a)初始化，产生一个可行的初始功率向量P(n)，n＝0；(3b)通过使用一阶泰勒展开公式将g(P)在P(n)点近似为一个线性函数，其中g(P)为功率向量P处的信道增益；(3c)求解凸优化问题并将最优值赋予功率向量P(n+1)，其由对g(P)在P(n)点进行一阶泰勒展开得到的近似函数；(3d)令n＝n+1，并循环步骤(2)至步骤(4)直至其中为功率优化问题的目标函数。本专利技术同现有技术相比，具有如下优点：(1)本专利技术一方面由于网络中不同干扰链路路径损耗的不同，导致来自不同干扰链路的干扰强度不同，网络中同时存在较强的干扰和较弱的干扰，同已有干扰对齐技术相比，部分干扰对齐可提高系统可得自由度，使得干扰对齐可行条件更容易满足；另一方面由于根据网络中的干扰情况选取合适的链路进行对齐，而不是人为事先规定好哪些链路进行干扰对齐，从而链路选取算法具有多项式级复杂度，实际操作性较强。(2)本专利技术通过联合部分干扰对齐及功率优化方法，将该优化问题分解为三个子问题，并通过依次求解这三个子问题得出原问题的一个次优解，使得D2D及蜂窝通信链路的自由度提高，有效提升网络吞吐量。附图说明图1是本专利技术的系统框图；图2是干扰选取算法过程演示图；图3是本专利技术的联合部分干扰对齐及功率优化算法原理图；图4是当D2D用户对数目nD2Dpairs＝2，用户最大允许发送功率基站天线数目M＝4，用户天线数目N＝2时，所提算法及对比算法吞吐量随D2D收发节点间最大距离变化曲线图；图5是当D2D收发节点间最大距离M＝4，N＝2时，所提算法及对比算法吞吐量随D2D用户对数目变化曲线图；图6是当nD2Dpairs＝2，M＝4，N＝2时，所提算法及对比算法吞吐量随D2D用户最大允许发送功率变化曲线图；图7是当nD2Dpairs＝2，N＝2时，所提算法及对比算法吞吐量随基站天线数目变化曲线图；图8是当nD2Dpairs＝2，M＝4时，所提算法及对比算法吞吐量随用户天线数目变化曲线图；图9是所提算法每条链路平均吞吐量和利用穷举搜索式方法计算的吞吐量上界对比图。具体实施方式本系统将优化问题分解为三个子问题，并通过依次求解这三个子问题得出原问题的一个次优解：首先，在保证干扰对齐可行的前提下选择合适的干扰链路来进行干扰对齐；其次针对所选出的干扰链路设计部分连通干扰对齐预编码和解码矩阵；最后针对剩余的干扰进行功率控制；参照图1、图2和图3，本专利技术的联合干扰对齐和功率优化方法包括如下步骤：步骤1.保证干扰对齐可行的干扰选取算法按如下实例步骤进行选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于联合干扰对齐和功率优化的D2D通信干扰管理方法，包括如下步骤：(1)保证干扰对齐可行的干扰选取；(2)迭代式部分干扰对齐；(3)迭代凸近似功率优化。

【技术特征摘要】
1.一种基于联合干扰对齐和功率优化的D2D通信干扰管理方法，包括如下步骤：(1)保证干扰对齐可行的干扰选取；(2)迭代式部分干扰对齐；(3)迭代凸近似功率优化。2.根据权利要求1所述的一种基于联合干扰对齐和功率优化的D2D通信干扰管理方法，其中步骤(1)所述的保证干扰对齐可行的干扰选取按照如下步骤进行：(1a)将所有干扰链路的信干比按从低到高的顺序排序，排序方法可以采用简单的插入排序法或一些高效的排序方法，所有干扰链路的连通系数置为0，其中γ[kj]为干扰链路j→k的信干比，j，为所有复用相同资源的蜂窝用户和D2D链路的集合；(1b)对于基站受到的干扰，即k∈C：选取拥有前小SIR的干扰链路进行干扰对齐，也就是这些链路的连通系数置为1，其中M为基站配置的天线数目，d为每条链路的自由度；(1c)对于剩余干扰，选取拥有前nUE小SIR的干扰链路进行干扰对齐，也就是这些链路的连通系数置为1，其中N是用户配置的天线数目，D是所有使用相同资源的D2D链路数目之和，L为小区个数；(1d)对经过步骤(1b)和步骤(1c)建立的部分连通干扰网络进行可行性检测，如果满足干扰对齐可行条件，结束；否则进入步骤(1e)；(1e)从步骤(1b)和步骤(1c)中选出的干扰链路中选出j→k去除，其中j，k是根据下式计算出的：c[kj]＝α[kg]d2，c[kk]＝0，返回...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小亚，贺晨，张汉卿，曹正文，彭进业，郑杰，祁媚，张明慧，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61