面向移动通信网络的D2D跨层传输优化方法技术

本发明专利技术公开了一种面向移动通信网络的D2D跨层传输优化方法。对D2D通信节点进行频谱共享的连续比特速率和非连续比特速率传输优化时，为了终端节点在每个子载波上可以分配到适宜的用户节点发射功率，在D2D用户满足自身发射功率约束、每个终端节点接收信号受到干扰功率约束的情况下，考虑在相交干扰下的功率分配问题下提出在不同干扰环境自适应调节幅度调制技术的最优进制数，并利用二分法与梯度法相融合的对偶变量更新迭代算法，更新结算出最优功率分配，以达到最佳的平均子载波传输和速率，使得D2D用户节点与终端设备节点之间信号传输和速率最大化、传输性能最优化。传输性能最优化。

【技术实现步骤摘要】
面向移动通信网络的D2D跨层传输优化方法


[0001]本专利技术属于移动通信
，具体涉及一种移动通信网络中D2D通信节点的跨层传输优化方法。

技术介绍

[0002]设备到设备通信(Device
‑
to
‑
Device，D2D)是指移动通信网络中两个对等的用户节点之间直接进行通信的一种通信方式，每个用户节点都能发送和接收信号，并具有自动路由(转发消息)的功能，网络的参与者共享它们所拥有的一部分硬件资源，包括信息处理、存储以及网络连接能力等，这些共享资源向网络提供服务和资源，能被其它用户直接访问而不需要经过中间实体，用户节点同时扮演服务器和客户端的角色，用户能够意识到彼此的存在，自组织地构成一个虚拟或者实际的群体。在高度动态性的无线环境中，为了保证网络的可靠连接和应用的顺利完成，以及认知实体的有效调整和正确重构，网络各层信息的高效交互是非常重要的，链路层、网络层、传输层和物理层之间可通过跨层协作来进行无线资源的整体管理，改善网络性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的主要技术问题是：对D2D通信节点进行频谱共享的连续比特速率和非连续比特速率传输优化时，考虑在相交干扰下的功率分配问题下提出在不同干扰环境自适应调节幅度调制技术的最优进制数，并利用二分法与梯度法相融合的对偶变量更新迭代算法，更新结算出最优功率分配，以达到最佳的平均子载波传输和速率。
[0004]本专利技术所提供的技术方案，包括如下内容：
[0005]设定用TD
mnl
，l＝1,2,...,L表示与第m个移动通信网络基站内用户节点n进行D2D通信的第l个终端设备节点，用户节点与终端设备采取基于自适应多进制正交幅度调制(Adaptive Multiple QuadratureAmplitude Modulation，A
‑
MQAM)的OFDM技术完成无线网络的动态频谱接入，并合理分配信号矢量集。假设基站小区内用户节点总的接入频谱带宽被分成l个子载波带宽用于终端节点通信，则第l个子载波所占用的频段为f
m
+(l
‑
1)Δf～f
m
+lΔf之间，其中f
m
为总的接入频谱带宽的基频，Δf为每个子载波的带宽，(l
‑
1)Δf为相对于接入频谱带宽基频的起始频点。用户节点到对应的终端节点TD
mnl
的信道衰弱增益为h
n,l
，用户节点到其他终端节点的信道衰弱增益为g
n,l
。对于终端节点来讲，某一时刻子载波所占用的实际频段为f
m
+f
l
～f
m
+f
l
+W
l
，f
l
为相对于接入频谱基频的起始频点，W
l
为终端节点TD
mnl
与用户节点进行D2D通信时所需的实际带宽，且认为每个时刻间隙终端节点所占用频段的通信情况以及各子载波链路的信号衰弱增益几乎不变。
[0006]考虑到用户节点与终端节点之间可以灵活地使用A
‑
MQAM调制技术进行信息交互，所以需要考虑用户节点与终端节点两个物理层之间的交互干扰。用户节点在子载波k上的功率谱密度表示为
[0007][0008]其中p
k,l
为在子载波k上用户节点向终端节点的发射功率，T
s
为时间间隙。此时，在子载波k上其他用户节点对终端节点链路的干扰功率为
[0009][0010]其中定义为子载波k上其他通信链路对终端节点TD
ml
的干扰因子。其他终端节点对子载波k上该终端节点接收端的干扰功率为
[0011][0012]其中p
kl,d
(f)为终端节点接收到信号的功率谱密度。
[0013]为了解决小区内终端节点数量增加而导致的频谱资源紧张问题，将采用无线通信系统的多进制正交幅度调制技术，确保在比特传输速率不变的情况下，改变正交幅度调制的进制数M，从而降低码元传输速率(即波特率)，减小信号频带宽度，进一步提升频谱资源利用率。比特速率(即信息速率，单位为bit/s)与码元速率(即符号速率，单位为Baud)的关系表达式为
[0014]r
b
＝r
B
log2M(bit/s)
ꢀꢀ
(4)
[0015]其中r
b
为比特速率，r
B
为码元速率，M为调制的进制数。由于数字信号调制的码元速率与调制技术的进制数无关，只有传输的单位码元的长度有关，所以在不改变码元速率的情况下，可以通过增加进制数M的正交幅度调制，从而增加比特传输速率，使得在相同的时间与带宽下传输更多的信息量。
[0016]对于A
‑
MQAM调制技术而言，在满足瞬时目标误比特率BER的情况下，为了优化频谱利用率，可以控制其A
‑
MQAM调制的传输速率与发射功率。当进制数M≥4、信干噪比为0≤SINR≤50dB时，A
‑
MQAM网络系统在有加性高斯白噪声的信道中，其相干解调目标误比特率的上界为
[0017]BER
b
≤0.2e
‑
1.5
·
SINR
·
(M
‑
1)
ꢀꢀ
(5)
[0018]而在加性高斯白噪声的信道中A
‑
MQAM网络的理想相干解调目标误比特率的上界为
[0019]BER
b
≤2e
‑
1.5
·
SINR
·
(M
‑
1)
ꢀꢀ
(6)
[0020]则可以用用户节点与终端节点之间通信链路上的相干解目标调误比特率BER
b
近似地表示为关于信干噪比与码元速率的关系表达式为
[0021][0022]其中SINR为该通信链路上受到的信干噪比，r
B
为对应的码元速率，a1,a2,a3为大于0的常数，a4为实常数。
[0023]假设每个子信道上用户节点受到的加性高斯白噪声为独立循环的对称复高斯随机过程，具有零均值和相同的方差则用户节点与终端节点之间通信链路的信干噪比
SINR可以表示为
[0024][0025]其中为所有终端节点对用户节点在子载波k上的干扰功率，p
k,l
为在子载波k上用户节点向终端节点的发射功率，h
k
为用户节点到对应的终端节点TD
ml
的信道衰弱增益。
[0026]结合式(8)，对式(7)求逆函数，可以转化成用发射功率p
k
与目标误比特率BER
b
来表示其终端节点在子载波k上的码元速率r
B,k...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向移动通信网络的D2D跨层传输优化方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)对D2D通信节点进行频谱共享的连续比特速率传输优化时，为了终端节点在每个子载波上可以分配到适宜的用户节点发射功率，在D2D用户满足自身发射功率约束、每个终端节点接收信号受到干扰功率约束的情况下，使得用户节点与终端设备节点之间的信号传输和速率最大化、传输性能最优化，其系统优化问题可以表示为：和速率最大化、传输性能最优化，其系统优化问题可以表示为：和速率最大化、传输性能最优化，其系统优化问题可以表示为：p
k，l
≥0其中，用户节点到对应的终端节点TD
mnl
的信道衰弱增益为h
n,l
，TD
mnl
表示与第m个移动通信网络基站内用户节点n进行D2D通信的第l个终端设备节点，用户节点到其他终端节点的信道衰弱增益为g
n,l
，p
k,l
为在子载波k上用户节点向终端节点的发射功率，p
″
k,nl
为所有终端节点对用户节点在子载波k上的干扰功率，T
s
为时间间隙，r
B,k
为终端节点在子载波k上的码元速率，r
b,k
为终端节点在子载波k上的比特速率，a1,a2,a3,a4为信干噪比与码元速率的关系表达式中的常数，BER
b
为用户节点与终端节点之间通信链路上的相干解目标调误比特率，M为调制的进制数，功率抖动与其通信链路时延总的罚函数α为时延罚系数，u
n
(t)为t时刻的时延惩罚因子，β为抖动罚系数，w
n
(t)为t时刻的抖动惩罚因子，M为特定的调制进制数，p
n,max
为用户节点的发射功率约束，p
th,l
为终端节点l的干扰功率约束，l
k,l
为子载波k上其他通信链路对终端节点TD
ml
的干扰因子。单用户节点与单终端节点进行D2D通信场景时在各个子载波上的最优功率分配可表示为：其中，λ2为用户节点发射功率约束条件所应对的对偶变量，μ2为用户节点与终端节点之间通信链路...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱赟，邵翰增，高连峰，王军，袁桂平，
申请(专利权)人：赣南师范大学，
类型：发明
国别省市：