蜂窝通信网络移动设备直连抗干扰配置方法技术

本申请移动设备直连通信距离短，用户传输信号的时延更小、传输信号速率更快、能量消耗更低，而且专门针对复杂网络环境的电磁干扰进行了改进设计，大幅扩展和增加移动设备直连用户数量，通过分配资源来获取系统额外增益,基于信道模型和系统性能，设计了对单个蜂窝用户与单对移动设备直连用户之间关系模型，在资源配置中使用链接分配得到更优结果，资源配置设计了针对性的智能算法，避免在迭代寻优过程中收敛到局部最优解，通过设备直连通信干扰协调机制进行资源配置和干扰协调，各信道用户的通信质量提升，频谱效率、能量消耗和成本构成三大效率指标明显改善，也解决了基站负荷过大问题，具有巨大的应用前景。具有巨大的应用前景。具有巨大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
蜂窝通信网络移动设备直连抗干扰配置方法


[0001]本申请涉及一种移动通信设备直连抗干扰配置方法，特别涉及一种蜂窝通信网络移动设备直连抗干扰配置方法，属于设备直连通讯


技术介绍

[0002]近年来，由于智能终端的普及和移动通信技术的进步，移动终端用户呈现爆发式增长，对近距离通信服务的需求越来越多，设备直连通信是在蜂窝系统基站的控制下，允许移动终端通过共享小区频谱资源直接进行通信的技术，将移动设备直连通信融入到传统的蜂窝通信网络中，邻近用户之间就可以不通过基站的中继直接进行信息传递，提高网络系统的频谱效率，提升本地业务的服务体验，扩展通信应用。但是在带来诸多便利的同时，也带来了挑战。移动设备直连通信的引入使得电磁干扰环境变得更为复杂，如果不能有效控制干扰，移动设备直连通信会影响到其它用户的通信质量导致系统信号传输性能下降，本申请提出蜂窝通信网络移动设备直连干扰协调和资源配置方法。
[0003]移动设备直连通信是二个近距离的设备通过基站授权之后，不通过基站的中继转发直接进行通信的技术。移动设备直连通信技术有以下几个特点：一是移动设备直连通信是二个设备之间的直接通信，和目前已有的蓝牙、Zigbee、WiFi等技术性质相同，不同的是这几种技术工作在ISM频段上，而移动设备直连是工作在蜂窝移动通信系统的授权频段上，相比于现有技术可以享受到更好的服务质量，且移动设备直连通信用户无需额外进行相关连接验证或配对，只需要发起通信请求就可以完成通信过程，其它工作由核心网和基站完成。二是移动通信网络中，约有90％以上的数据流量业务和2/3以上的语音业务是在人口密度较大的室内完成的。无线信号穿透能力弱,在室内只能依靠室外基站中继转发完成，而通过增大基站发射功率进行覆盖效果不大明显，且功率增大会导致电磁波辐射增大,对人体身体健康不利，引入移动设备直连通信正好解决这一问题。三是对于山区、森林、水域等偏远地区以及地下室、隧道等信号难以到达的区域，目前的移动通信仍有局限性，而移动设备直连通信的加入可以使通信网络组网变得更加灵活，用户可根据需求自由组网，使系统具有良好的扩展性。
[0004]移动设备直连通信虽然具有优势，也解决了基站负荷过大问题,但它的加入却带来严重的同频干扰，而频谱效率、能量消耗和成本构成了通讯的三大效率指标，成为了移动通信重点关注的要素。当移动设备直连用户复用移动通信系统用户的频谱资源时，会产生不可避免的同频干扰，如果不能有效控制干扰，移动设备直连通信将会影响到所有共信道用户的通信质量，导致系统性能下降。这将会给系统带来严重的负面影响,因此亟需移动设备直连通信干扰协调机制进行合理的资源配置。
[0005]移动设备直连的通信距离短，可以使用户传输信号的时延更小、传输信号速率更快、传输信号的用户能量消耗更低，却也因此带来更为复杂的网络环境，电磁干扰不可避免。在无线电领域，已经有相关资源配置和干扰协调方法，但相关移动设备直连通信方法也有一些局限性，包括：一是移动设备直连研究的拓扑结构中大多只有一对或二对移动设备
直连用户，现有技术都是在一个小区中加入一对或者二对移动设备直连用户，但是从移动通信系统发展趋势来看，数量如此少的移动设备直连用户的加入并不能满足爆发式增长的通信设备的需求，因此亟需增加移动设备直连用户数量。二是目前移动设备直连网络中，虽然有一对或二对移动设备直连用户资源配置方法，但是只限于分配信道和功率的层面，通过分配资源来获取系统额外增益,并没有对基础的移动设备直连通信系统的信道模型和系统性能的深入分析，因此对单个蜂窝用户与单对移动设备直连用户之间关系缺少模型。三是在资源配置问题中，现有技术趋向于将信道和功率分二步进行分配，对于某个用户而言,信道和功率的变化都会影响到自身和共信道用户的性能,将一个部分固定好再对另一部分进行调度的方式会损失一些性能较高的解，而使用链接分配的方式则可能得到更优的结果，有进一步提升的空间。四是现有技术资源配置研缺少针对性的智能算法，目前的算法本身存在局限性,在迭代寻优过程中容易收敛到局部最优解，因此需要对其进行对应的改进，使其跳出局部最优解，以此获得更优的系统性能。移动设备直连用户进行资源配置时可以借鉴此类方法，同时进行对应的算法改进。
[0006]综上所述，现有技术的蜂窝通信网络移动设备直连方法仍存在如果干问题和缺陷，本申请的难点和待解决的问题主要集中在以下方面：
[0007](1)将移动设备直连通信融入到传统的蜂窝通信网络中，邻近用户之间不通过基站的中继直接进行信息传递，在带来诸多便利的同时，移动设备直连通信的引入使得电磁干扰环境变得更为复杂，现有技术不能有效控制干扰，移动设备直连通信会影响到其它用户的通信质量，导致系统信号传输性能下降，现有技术缺少蜂窝通信网络移动设备直连干扰协调和资源配置方法，带来严重的同频干扰，影响到所有共信道用户的通信质量，导致系统性能下降，给系统带来严重的负面影响,亟需移动设备直连通信干扰协调机制进行合理的资源配置方法。
[0008](2)移动设备直连带来更为复杂的网络环境，电磁干扰不可避免，现有技术无线电相关资源配置和干扰协调方法运用在移动设备直连通信存在局限性，一是设备直连的拓扑结构只有一对或二对移动用户，但数量如此少的设备直连用户的加入并不能满足爆发式增长的通信设备的需求；二是目前移动设备直连网络只限于分配信道和功率的层面，通过分配资源来获取系统额外增益,并没有对基础的移动设备直连通信系统的信道模型和系统性能的深入分析，因此对单个蜂窝用户与单对移动设备直连用户之间关系缺少模型；三是在资源配置问题中，现有技术趋向于将信道和功率分二步进行分配，信道和功率的变化都会影响到自身和共信道用户的性能,将一个部分固定好再对另一部分进行调度的方式会损失一些性能较高的解；四是现有技术资源配置研缺少针对性的智能算法，在迭代寻优过程中容易收敛到局部最优解。
[0009](3)移动设备直连通信加入蜂窝通信网络有点很多，但其复用特征给系统带来不可避免的信号干扰，现有技术未考虑移动设备直连通信的资源协调分配问题，缺少移动设备直连用户的接入控制、移动设备直连用户信道分配和移动设备直连用户和蜂窝用户的功率控制，导致移动设备直连通信和蜂窝通信之间的干扰严重，缺少移动设备直连通信和蜂窝通信之间的资源配置方法，协调性差，系统吞吐量和性能反而降低，失去了实际利用价值。
[0010](4)现有技术移动设备直连通信模型下用户间相互干扰问题严重,缺少移动设备
直连接入控制准则，无法通过对比移动设备直连用户加入前后系统吞吐量大小设置一个符合直连网络的信道模型，缺少根据共信道用户间的最小SINR限制和功率限制对移动设备直连用户和蜂窝用户进行解析,无法推导得出移动设备直连用户接入控制准则,不能满足该准则的移动设备直连用户加入到蜂窝小区中满足共信道用户的信号传输质量要求，信道和功率分配不合理，方法复杂度高。
[0011](5)现有技术全负载蜂窝小区下移动设备直连通信模型的干扰协调和资源配置问题无法解决，缺少种基于QC直连模型和移动设备直连接入控制准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.蜂窝通信网络移动设备直连抗干扰配置方法，其特征在于：一是蜂窝通信网络移动设备直连模型；二是设备直连QC约束方法，包括QC直连约束模型、QC直连约束模型的参数设置、QC直连约束模型的更新策略；三是基于QC直连模型和移动设备直连接入控制准则的资源配置，包括移动设备直连接入控制、信道分配和功率分配、混合网络的资源配置流程；本申请将移动设备直连通信加入到蜂窝通信系统中，提出移动设备直连通信的资源协调分配方法，其中包括移动设备直连用户的接入控制、移动设备直连用户信道分配和移动设备直连用户和蜂窝用户的功率控制，采用移动设备直连用户DU和蜂窝用户CU的信道和功率链接分配方法，进行移动设备直连通信和蜂窝通信之间的干扰协调和资源配置，通过移动设备直连通信的融入提升系统吞吐量：第一，针对移动设备直连通信模型下用户间相互干扰问题,提出一种移动设备直连接入控制准则，首先通过对比移动设备直连用户加入前后系统吞吐量大小设置一个符合直连网络的信道模型，然后根据共信道用户间的最小SINR限制和功率限制对移动设备直连用户和蜂窝用户进行解析,通过推导得出移动设备直连用户接入控制准则,满足该准则的移动设备直连用户加入到蜂窝小区中满足共信道用户的信号传输质量要求；第二，针对全负载蜂窝小区下移动设备直连通信模型的干扰协调和资源配置问题，提出一种基于QC直连模型和移动设备直连接入控制准则相结合的资源配置方法，首先提出QC直连约束模型并对其进行改进,选择优化性能最好的QC直连约束模型的更新策略作为资源配置的核心算法；其次对所有加入蜂窝小区的移动设备直连用户进行接入控制，选择移动设备直连用户可复用信道资源的蜂窝用户作为潜在信道复用用户，最后采用基于QC直连模型和移动设备直连接入控制准则相融合进行信道和功率的链接分配。2.根据权利要求1所述蜂窝通信网络移动设备直连抗干扰配置方法，其特征在于，蜂窝通信网络移动设备直连模型：考虑单小区全负载下加入移动设备直连通信的情况，即小区内信道已全部分配给蜂窝用户，移动设备直连用户加入小区后复用蜂窝用户信道资源；采用复用蜂窝通信系统上行资源方式实现移动设备直连通信的频谱资源复用移动设备直连通信的模式选择与频谱资源配置相关，在蜂窝小区全负载的前提下，在移动设备直连用户接入的同时考虑模式选择，保证蜂窝用户和移动设备直连用户各自的通信质量；移动设备直连用户复用蜂窝通信系统上行资源的系统模型中，在一个完整的蜂窝小区，有M个蜂窝用户CU，N个移动设备直连用户对DU，DT表示移动设备直连发送终端，DR表示移动设备直连接收终端，用集合C＝{1,2,
…
,M}和D＝{1,2,
…
,N}表示蜂窝用户和移动设备直连用户的索引集，蜂窝小区内蜂窝用户刚好占用小区内所有的频谱资源，即蜂窝用户数与信道数相同，在全负载网络下，加入N个移动设备直连用户对，每个移动设备直连用户对采用一个信道复用，不同移动设备直连用户对满足用户QoS需求条件下同时复用同一个信道资源，N对移动设备直连用户复用M个蜂窝用户的频谱资源，移动设备直连接收终端DR收到的干扰信号来自共信道的蜂窝用户，如果某移动设备直连用户复用任何一个信道产生的干扰使共信道用户都不能承受,即不满足用户各自的SINR时,该移动设备直连用户对此时选择静默模式，不进行数据传输；同时，在进行蜂窝用户和移动设备直连用户信道分配时，考虑基站拥有小区中所有信道的信息，即完备信道信息；信道模型采用路径暗影消耗效应模型，全负载蜂窝小区中所有用户之间的信道功率增益如下：
其中g
i，B
表示第i个蜂窝用户与基站之间的信道增益，g
j
表示第j对移动设备直连用户DT
j
和DR
j
之间的信道增益，表示第i个蜂窝用户对第j个移动设备直连接收用户DR
j
干扰的信道增益，表示第j个移动设备直连发送用户DT
j
对基站干扰的信道增益，表示第k个移动设备直连发送用户DT
k
对第j个移动设备直连接收用户DR
j
干扰的信道增益，信道功率增益因子g
rf
表示为：g
rf
＝κ
·
ζ
·
ξ
·
d
‑
α
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式2其中κ和α分别表示路径消耗常量因子和路径消耗指数因子，ζ表示服从指数分布的快衰落因子,ξ表示服从对数正态分布的慢衰落因子，d表示信号传输距离；移动设备直连用户接入到蜂窝通信系统能带来额外增益，接入移动设备直连用户需要同时满足移动设备直连用户和共信道蜂窝用户的SINR限制，接入移动设备直连用户时进行对应的接入控制，当满足路径暗影消耗效应模型条件时，判定移动设备直连用户共享该蜂窝用户信道，此时称该移动设备直连用户对为可接入移动设备直连用户对，被复用蜂窝用户的信道为该移动设备直连用户对的共用信道，令所有可接入蜂窝小区的移动设备直连用户的集合为R,P
iC
表示蜂窝用户的发射功率，和表示移动设备直连用户的发射功率，表示第i个蜂窝用户的SINR，表示第j个移动设备直连用户的SINR,n.，η
i，j
表示蜂窝用户i和移动设备直连用户j之间的复用参数，当移动设备直连用户j复用蜂窝用户i的信道时η
i，j
＝11，不复用时η
i，j
＝0，，系统的适合度函数表示为：＝0，，系统的适合度函数表示为：＝0，，系统的适合度函数表示为：＝0，，系统的适合度函数表示为：＝0，，系统的适合度函数表示为：
其中，B表示信道带宽，和分别表示蜂窝用户和移动设备直连用户的最小SINR限制条件，和分别表示蜂窝用户和移动设备直连用户的最大发射功率；式3表示的适合度函数物理意义为最大化系统吞吐量，式4和式5为蜂窝用户和移动设备直连用户的SINR限制条件，满足条件即达到QoS需求，式6约束条件表示对于任意的移动设备直连用户对，只能复用一个CU的频谱资源，式7约束条件表示一个蜂窝用户的频谱资源可以被多个移动设备直连用户对同时复用，式8限制蜂窝小区中用户的发送功率范围，移动终发送功率有限，存在最大发射功率，移动设备直连通信的通信距离短，蜂窝用户和移动设备直连用户有不同的最大发射功率，DU发射功率小于CU的发射功率,即3.根据权利要求1所述蜂窝通信网络移动设备直连抗干扰配置方法，其特征在于，QC直连约束模型：采用迭代方式，求解过程如下：首先初始化一个设备链点组，组中的每个设备链点都有各自的位置和速度，每个设备链点的位置代表一个可能解，存在一个适合度函数表征所有设备链点解的好坏，计算每个设备链点的适合度值后，找出个体极值和组极值，然后开始速度更新和位置更新，每次设备链点更新位置后都重新计算适合度值，并更新个体极值和组极值，每个设备链点根据个体极值、组极值...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨平忠，
申请(专利权)人：杨平忠，
类型：发明
国别省市：