D2D通信中基于Q学习的联合资源分配与功率控制算法

D2D(Device to Device)通信可实现距离相近的用户设备直接通信,有效地提升系统的吞吐量,获得高频谱效率和能量效率,但D2D通信共享蜂窝网络频谱资源时,会造成蜂窝网络与D2D链路严重的层间干扰.为减少层间干扰带来的影响,提出一种基于Q学习的联合资源分配与功率控制算法.从Q学习的角度来构建数学模型,将蜂窝网络中的多个D2D用户对视为多智能体学习者,利用历史状态(历史吞吐量和功率值),不需要精确的信道状态信息(Channel State Information,CSI)和互干扰等先验知识,通过Q学习算法,学习得到分布式的信道选择和功率控制的联合最优策略.可以动态调整D2D用户功率,在保证蜂窝用户服务质量的前提下,通过D2D功率控制获得最大化系统吞吐量.仿真结果表明,基于Q学习的联合资源分配与功率控制的算法有效提高了系统的吞吐量.     

距离受限的蜂窝网络D2D通信资源分配算法

为了进一步提升第5代移动通信网络(5th Generation,5G)的系统性能以及用户的服务质量(Quality of Service,QoS),就蜂窝通信网络中终端直通(Device to Device,D2D)通信的资源分配问题,提出一种距离受限的资源分配算法。考虑D2D通信用户复用蜂窝通信用户的上行频率资源的情况。建立蜂窝网络中D2D通信系统模型;分析D2D通信用户的接收信号和受到的干扰情况,推导出D2D通信用户的信干比表达式;根据预设的信干比门限值,推导出D2D通信与蜂窝用户复用相同频率的安全距离;基于推导出的复用安全距离,提出一种距离受限的资源分配算法。所提出的距离受限的资源分配算法将蜂窝通信用户占用的频率资源分配给复用安全距离之外的D2D通信对,能够确保D2D通信与蜂窝通信之间的干扰控制在合理范围之内。仿真结果表明:距离受限的资源分配算法能够有效提高系统吞吐量,并降低D2D通信的中断概率。     

D2D网络中信道签名和资源调度的联合设计方案

针对设备到设备(device-to-device,D2D)通信网络中蜂窝用户和D2D通信对之间的相互干扰问题,提出一种联合信道签名和资源调度的设计方案。该方案构建了基于时间反演的D2D信道签名模型,实现干扰消除;在博弈模型基础上,对D2D用户进行功率分配,以满足蜂窝用户的服务质量(quality of service,QoS)需求;在容量增益限制区域内按照优先级大小为D2D用户分配蜂窝链路资源,并在满足资源共享参数阈值的情况下,进一步充分利用蜂窝用户的频谱资源,为空闲蜂窝用户选择对其干扰最小的D2D用户,提升D2D用户的吞吐量。仿真结果表明,该方案有效地抑制了D2D异构网络中蜂窝用户和D2D用户的相互干扰,提升了平均速率,同时兼顾用户资源共享的公平性及通信的安全性。     

基于干扰抑制区的D2D通信模式选择方案

设备到设备(Device to Device,D2D)直通技术通过复用蜂窝系统的频谱资源来提升频谱利用率,已经成为5G候选技术之一.然而,资源复用带来了干扰管理和通信模式选择等难题.为此,文中结合干扰管理研究D2D通信模式选择问题,与现有研究仅考虑D2D链路对蜂窝链路的干扰管理不同,文中同时考虑蜂窝用户和D2D链路的干...     

基站覆盖下D2D两跳传输的功率控制

设备到设备(D2D,device to device)技术是当今无线通信研究的关键技术之一.在单小区场景下引入了多跳D2D通信系统功率控制算法.在该场景下,多条D2D链路间通过复用频带来通信,同一D2D链路的用户采用两时隙的两跳解码转发中继(DF,Decode and forward)方式传输信息.不同链路两时隙之间非完全同步下,使用了同一频带的中继会相互干扰.作者提出的功率控制算法先引入松弛因子得到功率闭式解,通过迭代优化该问题中用户的发射功率,来减少中继间的同频干扰.最后,通过数值仿真证明,在D2D系统中加入该功率控制算法后,可一定程度上提升用户传输速率.正随着无线通信技术的发展,作为下一代无线通信系统中的重要组成Device to Device(D2D)通信系统,在LTE-A[1]通信系统中引起了人们的广泛关注,D2D技术对基站负担增加不大的情况下,能够有效地提高通信速率.并且D2D通信系统的频谱分配较为灵活,既可使用小区的频段,又可以使用公共频段,如Wi MAX[2]频段,进一步提高了系统的频谱利用率.在文献[3-7]中,Klaus Doppler、Kaufman等人从不同角度提出了D2D建模方法和解决方案.文献     

蜂窝网络下中继D2D系统的保密速率研究

对蜂窝网络下中继D2D系统中蜂窝用户的物理层安全性能进行了研究,实现了既满足D2D对的传输速率要求,又提升蜂窝用户的保密速率的双赢局面.在空闲的蜂窝用户中挑选中继节点,将D2D对的干扰看作友好干扰,构建了多约束的非凸混合整数优化模型,通过分层求解,提出了单用户场景下的功率控制算法和多用户场景下的信道分配算法.仿真结果表明:功率和信道的联合优化算法与通信系统中随机接入算法相比,能够在满足约束条件的同时提升蜂窝用户的保密速率,增强物理层安全性能.     

全双工蜂窝网络中用户协作D2D通信的性能分析与优化

提出一种蜂窝网络中全双工蜂窝用户协作D2D(device to device)通信机制,全双工蜂窝用户采用功率域叠加支持上行传输和D2D通信并发,为无直传链路的D2D用户对协作中继;分析了系统的可达速率域,提出了一种基于最大-最小可达速率的功率分配算法。仿真分析表明,随着自干扰消除性能的提升,系统的可达速率域扩大,全双工协作D2D通信的可达速率域显著大于半双工协作D2D通信,且蜂窝上行链路和协作D2D链路间存在可达速率折中;功率分配算法能根据信道状态动态调整蜂窝用户的发射 率和功率分配因子,功率效率高,且随着最大发射功率的增加,蜂窝上行链路和协作D2D链路的可达速率趋同,能满足最大-最小准则,兼顾蜂窝上行链路和协作D2D链路间的公平性。     

基于干扰对齐的设备到设备功率控制算法

为了使蜂窝网络系统中设备到设备(D2D)用户的速率总和最大,提出了一种基于干扰对齐(IA)的功率控制算法.该算法通过IA技术使得所有的D2D用户能够同时占用可使用的子载波;同时,控制每一个D2D用户在子载波上的功率,使所有D2D用户在对蜂窝用户(CU)产生的干扰小于干扰阈值的前提下,其速率和达到最大.仿真结果表明:与传统的基于频分多址(FDMA)的功率控制算法相比,本算法在干扰阈值为10 d Bm时,所得到的D2D用户的总速率和可提升约6 bit·S-1·Hz-1.     

一种LTE网络D2D通信资源共享算法

在LTE网络下部署D2D (Device-to-Device)系统能有效降低基站的负荷,但是D2D系统共享蜂窝系统资源时会产生系统间干扰,通过合理的资源分配可以有效降低这种干扰.文中提出一种LTE网络中D2D贪婪资源分配算法,该算法能保证蜂窝系统不受D2D通信的干扰影响,同时单个D2D对可以复用多个蜂窝用户资源,以提高D2D系统的吞吐量.最后通过仿真给出本算法与随机分配和干扰感知分配算法的性能比较.     

多小区 MIMO 网络中一种新的 D2D 通信干扰对齐算法

当多小区MIMO（multiple-input multiple-output）网络中引入D2D（device-to-device）技术后形成D2D-MIMO干扰网络,为解决其干扰问题,提出了一种基于天线数奇偶性的发送端数据流分配方案和基于该方案的干扰对齐（interference alignment,IA）算法。该算法通过最小化基站泄露到非目标用户的信号功率来求解蜂窝链路的预编码矩阵,通过最大化蜂窝用户的信干噪比（signal to interference plus noise ratio,SINR）来求取蜂窝链路的干扰抑制矩阵,进而通过线性干扰对齐消除蜂窝内干扰,并推导了系统的最大自由度（degrees of freedom,DOF）。理论分析和仿真表明,相对于现有算法而言,该算法提高了系统的自由度、频谱效率和能量效率,降低了对天线数的要求,增强了系统的灵活性。     

一种基于用户位置的设备到设备模式选择和资源分配方案

在蜂窝网络中通过复用蜂窝系统中已使用的频谱资源,来增加蜂窝系统的频谱利用率,减少基站的负载,同时通过基于用户位置的设备到设备(D2D)模式选择和资源分配算法,达到减少同频率之间的用户干扰,降低用户的传输功率的目的.仿真结果显示,相比于传统的蜂窝通信和随机的资源分配模式,基于用户位置的D2D模式选择和资源分配有效地提高了系统总容量,减少了用户之间的干扰.     

基于容量最优化的设备间通信资源分配方案

在蜂窝网络中通过复用蜂窝系统中已使用的频谱资源,来增加蜂窝系统的频谱利用率,减少基站的负载.同时,通过使用模糊C均值(FCM)算法对复用相同资源的设备间(D2D)通信用户对进行分簇,达到减小复用同频带D2D通信用户对(DU)之间干扰的目的.通过贪婪算法对每一簇DU对进行资源分配,达到减小蜂窝用户与DU之间的干扰的目的.仿真结果显示,相比于随机分簇和随机复用的资源分配方案,FCM算法与贪婪算法的资源分配方案更有效地提高了系统总容量.     

基于MIMO-D2D异构网络的干扰抑制算法

将多输入多输出(MIMO)技术引入到蜂窝用户和端到端(D2D)用户构成的异构网络中,提出了一种基于最大信干噪比因子的资源分配算法,实现了多个D2D用户复用一个蜂窝用户的下行资源.在此基础上联合最大信漏噪比(SLNR)的预编码算法,在基站到蜂窝用户信号功率最大化的同时,降低了泄漏到D2D用户组的功率,大幅减少了用户之间的同频干扰.结果表明:当平均信噪比为35dB时,相比于单天线异构网络,基于联合干扰抑制算法的MIMO(4×2)异构网络容量可增大12.33bps/Hz;而针对多个用户复用一个资源提出的最大SLNR的预编码算法相比于最小均方误差(MMSE)和块对角化(BD)算法,容量最多可增大36.2%;并且无论是在高信噪比还是低信噪比下,所提出的联合算法均能使系统性能得到明显的增益.     

一种基于用户划分的LTE上行闭环功率控制算法

长期演进(long term evolution,LTE)上行经典信干噪比(signal to interference plus noise ratio,SINR)闭环功率控制算法未考虑用户对相邻小区的干扰,导致小区总吞吐量较低。针对该问题,提出一种基于用户划分的闭环功率控制算法。根据每个用户到服务小区的路径损耗将其划分为小区中心用户或小区边缘用户,为小区中心用户设置目标SINR值时仍使用经典SINR闭环功率控制算法,为小区边缘用户设置目标SINR值时考虑其对相邻小区的干扰使用新的方法。理论分析以及MATLAB系统级仿真结果表明,与传统闭环功率控制算法和经典SINR闭环功率控制算法相比,该算法能够更加有效地降低小区间干扰,提高小区总吞吐量。     

高密度D2D用户的潜在博弈资源分配算法

为解决高密度用户场景中多个设备到设备(D2D)用户复用同一个蜂窝用户资源时相互竞争的问题,提出了一种基于博弈论的D2D资源分配算法.首先构造基于最小化系统整体干扰的非合作博弈效用函数,同时考虑了系统中D2D用户之间的干扰以及D2D用户与蜂窝用户之间的干扰;继而设计该博弈的潜在函数,并证明该博弈过程是一个潜在博弈模型,进而证明了其纳什均衡的存在性.仿真结果表明,该算法相比现有方法具有更好的公平性和收敛性,能使用户获得更好的吞吐量,降低D2D用户受到的干扰.     

基于能效的D2D通信系统的资源分配

在保证传统蜂窝用户和D2D用户QoS的前提下,同时考虑电路功率,研究D2D用户对和蜂窝用户的资源共享策略。首先根据蜂窝用户和D2D用户对的QoS要求确定可以接入的D2D用户对及每个D2D用户对可以复用的蜂窝用户集合,然后利用Stackelberg博弈求解每个D2D用户对与可以复用的每个蜂窝用户间的最优功率及干扰价格,最后由加权二部图计算出使网络总能效最大的最佳匹配。仿真结果表明,所提资源分配算法在保证了各用户的QoS约束,使网络总能效约提高了10%。     

NOMA残余干扰下D2D网络的能效资源分配算法

为了解决非理想串行干扰消除（serial interference cancellation,SIC）解码引起的残余干扰给非正交多址接入（non-orthogonal multiple access,NOMA）增强型设备到设备（device-to-device,D2D）组链路带来的高能耗、低信道利用率问题,提出一种基于能效优化的资源分配算法。在保证蜂窝、D2D组用户通信服务质量和复用子信道个数约束条件下,建立能效优化模型;使用一种以D2D组能效为权重的加权二部图最大匹配联合匈牙利算法为每个D2D组分配子信道;考虑到各接收机用户在相同和不同残余干扰下的能效问题,通过参数变换、Dinkelbach法和拉格朗日对偶法实现功率分配。仿真结果表明,提出的算法在非理想SIC条件下可有效提升系统D2D组链路的信道利用率和总能效。     

下行链路基站协同蜂窝系统中的功率分配和干扰消除方法

蜂窝间干扰是无线蜂窝网络中一个重要的性能瓶颈, 基站协同可以消除小区边缘用户受到的严重的蜂窝间干扰, 提高蜂窝系统的性能和频谱效率. 针对下行链路基站协同通信系统, 提出一种信道衰落补偿功率分配方法, 以及内部联合分布式空时编码(inner joint distributed space-time coding, IN-J-DSTC) 基站协同传输方案, 以抑制蜂窝边缘用户受到的严重的蜂窝间干扰. 仿真结果表明, 该方法可以根据信道状况, 在源基站及协同基站间自适应地分配信号发送功率, 同时明显消除蜂窝边缘用户所受到的蜂窝间干扰, 从而显著地提高系统的误码率性能.     

D2D网络中基于组合拍卖的无线资源分配机制

针对端到端(device-to-device,D2D)用户与蜂窝用户共享频谱资源产生的干扰问题,以最大化系统中D2D链路的吞吐量为优化目标,提出一种联合功率控制和信道分配的资源分配机制。根据D2D用户的干扰门限和蜂窝用户的信干噪比(signal to interference plus noise ratio, SINR)提出了一种基于用户间距离的复用准则,确定D2D用户可复用的信道资源集合;在给定D2D用户复用任意资源集合的前提下,调整D2D用户的发射功率,以衡量各个D2D用户在不同信道资源集合上的吞吐量,但暂不分配功率;基于功率控制的结果,采用组合拍卖的方法为D2D链路分配信道及对应的发射功率,从而实现了联合功率控制和信道分配。因此,系统资源分配结果更为合理。仿真结果表明,该机制能有效抑制跨层干扰和同层干扰,提升D2D链路的吞吐量,提高用户的服务质量(quality of service,QoS)。     

混合蜂窝网络的联合自适应干扰管理

针对宏蜂窝与微微蜂窝共存的混合蜂窝网络下行通信系统,在考虑路径损耗、基站之间的距离、基站发射功率差异等实际因素的前提下,提出一种基于多维资源的联合自适应干扰管理机制(JAIM),对微微蜂窝用户受到的来自宏基站的干扰进行管理.首先对干扰管理的效率进行定义,在此基础上给出自适应干扰管理的准则;接着以干扰中和(IN)和迫零(ZF)为例,进行具体的联合自适应干扰管理的设计.理论分析与仿真结果表明,通过综合利用多维资源,所提机制避免了单一的干扰管理方法对特定资源的依赖,并且能够在不影响宏蜂窝用户通信的前提下显著改善微微蜂窝用户的频谱效率.