文摘

面临的干扰是一个重要的和具有挑战性的问题D2D置于下面的蜂窝网络。在本文中,我们专注于用户级干扰下多播方案。而不是传统的成对的D2D通信方式,我们建议通过groupwise方式实现信息交换。通过引入网络编码的概念,该方案能够利用干扰有效信号增强接收性能,而不是只有管理或控制。理论分析和仿真结果证明,该方案实现了更好的SINR性能和较低的资源占用比传统的成对D2D传输方案。

1。介绍

设备间(D2D)置于下面的蜂窝网络1]近年来吸引了越来越多的利益与无线设备的扩散和移动计算和无线网络服务的快速发展。它使附近的用户设备(UE)交换数据直接与对方在D2D链接没有蜂窝基站(BS)的帮助。D2D通信的优点在于高效的本地数据传输,高光谱频率效率通过重用细胞资源,减轻负载的能力在BS (2,3]。从用户方面,D2D技术主要提供经过验证的点对点通信,公共安全服务和环境敏感服务。从运营商方面,在于提高网络操作通过用户合作D2D链接(4]。最近,3 gpp LTE D2D Rel-12有专门研究项目的技术规格目前正在讨论的行业(5]。D2D置于下面的蜂窝网络成为近年来研究的热门话题,和各种各样的研究,以提高网络的性能和支持更先进的移动服务和应用程序6- - - - - -9]。

D2D所面临的干扰是一个严重的问题置于下面的蜂窝网络。一方面,自D2D重用细胞时频资源的链接,之间的信道间干扰(ICI)细胞和D2D链接,称为单元这里,出现了。另一方面,ICI D2D之间链接本身,称为用户级ICI,增加随着D2D用户数量的增加,因为他们共享有限的时频资源。两个单元ICI和用户级ICI整个系统性能严重恶化3]。许多近年来一直在努力控制干涉D2D置于下面的蜂窝网络,为了提高频谱效率,并最终提高网络容量。针对频谱稀缺(赤字约275 MHz到2014年根据FCC),很明显,任何改善干扰控制和管理方面不仅仅是有利的,最终将使我们更接近未知蜂窝网络的能力。

研究了基于正交资源分配计划直接[D2D干扰管理方法10- - - - - -14]。在[工作10- - - - - -12主要集中在具有ICI。分配的原则是正交时间频率D2D用户设备(由于)和细胞用户设备(提示)。作者在13,14]介绍专业计划等用户级干扰最大carrier-to-interference比率(MCI)调度和最大吞吐量(MT)调度。然而,这些正交方案没有考虑到频谱效率。

效率提高,非正交频率复用策略研究[3,15- - - - - -17]。干扰有限区域控制方案提出了管理干涉(3]。它限制因的最大传输功率和排除了线索干扰面积有限,为了最小化干扰费。在[15),三个接收模式切换D2D接收器根据干扰水平以提高D2D性能方面的故障概率。合作的思想引入了干扰消除(CIC) (16]。中投公司利用协同干扰附近的用户之间的相关性来消除干扰,提高下行吞吐量。作者在17]采用干扰对齐(IA)来减轻这种细胞级的干扰,提高能力。本文拟采用干扰对齐(IA)为提高能源效率(EE)的设备间(D2D)和细胞连接在D2D多输入多输出(MIMO)下行的底层细胞网络。对于这种情况,一个关键问题是,妥善协调现有的干扰,保证可靠的宏蜂窝和D2D通信时同时重用相同的频率和时间资源。然而,这些计划只将干扰作为一个负面因素,专注于控制和消除但不考虑利用干扰更好的接受。

在D2D置于下面的蜂窝网络,这是重要的和具有挑战性的管理干预存在的有限的资源和大量的用户。处理的干扰问题,提高网络容量上面所讨论的,在这个工作中,我们专注于用户级干扰下多播方案,建议引入网络编码(NC)的想法D2D置于下面的蜂窝网络。而不是传统的成对的方式,我们建议通过groupwise方式实现信息交换过程,利用干扰提高接收性能。除了作为物理传输方案在蜂窝网络多播服务,我们希望该方案适用于其他网络研究领域的一个更高的网络性能。

本文的其余部分组织如下。部分2给出了系统模型;部分3描述了该NC-based groupwise (NC-G)传输方案;部分4分析了理论性能;部分5模拟,并比较了两种传统NC-G方案与另一个计划;部分6总结了纸。

符号。小写粗体字母代表向量。返回一个标量和的绝对值给出了向量的范数。

2。背景和基础

2.1。系统模型

考虑D2D置于下面的蜂窝网络组成一个b和2 D2D对。使用一个二维平面来表示他们的位置。b节点在原始点和4由于节点作为一个矩形,如图1。拓扑是由三种距离:在一对表示两个费之间的距离;表示两双的中心之间的距离;表示BS和矩形的中心之间的距离。

D2D通信建立和共享时频资源与BS细胞通讯通过中央控制使用专用控制通道。使用物理资源块(复审委员会)测量时频资源。实现每个由于节点的传输和接收不同的伪随机位序列。

基站(BS)需要广播的数据块到4 D2D用户设备(费)。缓解自己的负载,BS的数据块分配到每个由于在本地和启动D2D通讯交换信息。每一个原因,用已分配的数据长度交换,用。至于D2D沟通,假设必要调制采用所有的会费;D2D链接块衰落,完美的信道状态信息(CSI)是已知的接收器。

2.2。传统的方法

该方案详细后将与传统的从下面支撑D2D基于成对传输通信方案。基于成对方式,4费中讨论部分2.1必须在对建立沟通和交换信息。

下面我们给出一个简单的成对传输方案。一个完整的4费之间的信息交换过程包含三个阶段,如表中列出1,在那里代表了概念之间的通信通道和了,他们可以互相交换信息。特别是,在节中描述的沟通目标2.1在第一阶段,和交换和而和交换和。在第二阶段,两双交换类似成对交换信息。后三个阶段,每一个节点与3其他由于节点交换信息。因此,所有的4费获得完整的数据。

3所示。问题描述

正如上面提到的,有两种类型的干扰在一个置于下面的细胞D2D网络:具有ICI和用户级ICI。前一个已经被深入研究,不会在本文中讨论。有限的伪随机位序列分配D2D通信时,用户级ICI是一个严重的问题尤其是会费很大的数量。

特别是,至于成对D2D方式,如果两个D2D双定位在彼此的通信范围被分配相同的伪随机位序列,他们会互相干扰,如图2。例如,我们表示调制函数,让表示符号矢量调制;也就是说,。假设每个符号能量归一化;也就是说,。

在接收焦点。有效的信号从通过。自也使用传输来,接收到的信号干扰和制定是 在哪里描述信道的路径损耗的影响。限制了传输能量。表示的多路径衰减项条目建模为独立同分布(先验知识)。瑞利变量。接收机的模型规范化加性高斯噪声。

根据(1),收到signal-to-noise-plus-interference比(SINR)是由 很显然,有效的信号干扰的信号来自哪里。此外,鉴于传输能量,接收性能将降低增加;即两对D2D变得亲密。

基于上述分析,用户级ICI管理是一个重要的和具有挑战性的问题置于下面的D2D网络,我们主要关注在这工作。在下面几节中,我们将展示一种新的多播组的传输方案场景。而不是控制或消除干扰传统方案,该方案能够利用用户级ICI改善接收性能使用网络编码的想法。

4所示。该方案

与提出NC-based groupwise计划,两个D2D对,也就是说,4节点,由于组织作为一个整体来实现信息交换过程,如图3。假设所有的通过BS 4费都是同步的。实现的同步问题会稍后讨论。和使用接收和传输。和相反,使用接收和传输。

我们提出利用网络编码的概念,以使也同时接受两种不同的信号,提高传输效率。特别关注的交换符号来描述该方案。一个完整的交流的由于获得th符号被定义为每个th符号的会费,。这个过程包含两个阶段,称为预编码(PC)阶段和网络编码(NC)阶段,分别。

4.1。PC阶段

最初,每个4费的只有自己的码字,也就是说,,,,,分别。PC阶段占据了两个时段(TS)。发射机的每个节点,例如,,它precodes自己的象征由不同的系数两个时段,用和分别,然后将它们发送给它的两个邻居接收器。在接收器,每个由于接收到的两个信号叠加两个邻居在每个TS。

关注招待会插图。从两个接收信号和同时进行。假设块衰落、信道衰落系数可以被视为在整个交换过程是相同的符号。因此,叠加信号接收到在和分别制定 在哪里代表了招待会在为象征。注意这里的信号通过传播,这将不会干扰接收通过。

两个接收信号,能够恢复和当且仅当两个预编码向量和是线性无关的。为简单起见,指定使用的预编码系数4费在PC阶段如表所示2。因此,在,和可以通过简单的高斯取消恢复吗 在哪里表示恢复的版本在。然后可以解调和的码字和作为

4.2。数控阶段

接下来,数控阶段占有一个TS完成整个交换间4费。每个节点由于执行的发射机线性网络编码,例如,异或函数的两个码字已经在前面的PC阶段获得的。然后remodulates并发送编码码字通过其传输复审委员会。在接收器,每个由于收到两份叠加编码符号的两个邻国。通过解调信号叠加编码码字,然后解码使用本地代码字信息,每个由于可以获得最后一个未知的码字。到目前为止,整个交换过程完成所有4费之间的符号。

关注招待会再次说明,。通过前面的PC阶段,它的两个邻国和已经得到的信息来自哪里和,用和,分别。在,和执行网络编码的码字,然后调节恢复网络编码码字 分别。相应地,收到这两个副本的叠加网络编码的符号,制定

为了得到,首先结合接收方法适用于叠加信号和检测作为 然后解调的编码码字 最后,解码使用其本地码字获得作为

通过个人电脑和数控阶段阶段,得到整个th符号。至于,,沟通过程是相似的。如上所述,对于每一个,都来自两个邻居的信号传输在同一出版物审查委员会声称他们是有效信号,而不是干扰。因此,利用干涉来改善接收性能的目的是实现。

4.3。实现问题

两个实现的问题将会在本节讨论。

4.3.1。同步

直观地说,该方案是高度依赖于4费之间的同步,这似乎很难实现。然而,压力是缓解在cellular-controlled D2D网络。原因是集中控制模式允许每一个将与中心节点同步,也就是说,BS。另一方面,同步传输延迟所造成的抵消由于节点之间可以忽略自D2D沟通只有建立费接近。

4.3.2。预编码分配系数

按照计划,4费需要预先分配的预编码系数PC阶段。这个任务可以很容易实现的BS通过控制渠道的会费在建立阶段D2D沟通。

5。性能分析

从统计的角度来看,4费是对称的,等价的。不失一般性,关注的焦点分析其SINR性能和结果可以扩展到其他节点。

5.1。该方案的SINR

该方案有不同的SINR的两个阶段。在PC阶段,合并后的接收信号的解码是 对应于SINR的吗。同样,合并后的接收信号的解码是 对应于SINR的吗。因此,平均SINR PC阶段可以作为计算

在数控阶段,是已知的本地的译码性能=。视图的两个版本从和,也就是说,和,相同的信息;合并后的接收信号可以作为制定 相应的即时SINR等于显示为数控的SINR阶段

5.2。相比与传统的计划

接下来,我们比较的SINR性能方案与传统方案。对整个数据根据(2),传统的SINR方案制定 根据(13)和(15),SINRs方案的两个阶段,分别写成 用一个简单的推论,我们证明。除此之外,当的距离是一个大概率事件来有一个大小相等的距离吗来。

6。模拟

6.1。模拟场景和计划

在本节中三个方案进行了仿真和比较:(1)NC-G方案:提出NC-based groupwise传输方案。使用功能代表使用物理资源块的数量。因此,它认为 (2)p方案:传统的两两正交资源传播。每一对D2D占有独特的复审委员会交换信息;因此我们有 (3)如果p方案:传统的成对传输相同的资源。两对使用相同的传输复审委员会;因此我们有

6.2。仿真参数设置

路径损耗效应的特点是日志路径损耗模型的距离(18),制定 在哪里路径损耗指数,是参考距离,是承运人波的波长,代表的单位的路径损耗。至于传播与视线(LOS)建筑物内,设置的范围,需要值接近1时,传输距离不大于1公里。多径衰落效应建模为大米衰落与索引。

仿真参数设置如表所示3。符号为每个由于交换来获得稳定的仿真结果。

6.3。仿真结果

6.3.1。SINR

接收到的模拟SINRs观察直观的接收机性能。

图4比较了SINR分布函数在每个阶段的三个方案或每个阶段(和)。定义作为拓扑参数向量。参数设置,,。结果表明,内计划,虽然在阶段1和阶段2接收到的信号分布不同,峰值的位置几乎是相同的。在这两个和计划,阶段1和阶段2中接收到的信号有相同的分布,这是比第三阶段。这是因为,在第三阶段,会费在广场的对角线是成对的交流。时间距离会导致糟糕的SINR。至于三个方案的比较,我们观察到是最好的,较低,是最坏的打算。

接下来,我们修复和dBm和不同从−40 dB(瑞利分布)15分贝(高斯分布)。第一阶段的SINRs使用和第一阶段代表每一个计划。结果见图5。与不同水稻指数峰值的位置在每个方案只移动一点。然而,随着减少,每个方案的SINR曲线变得更加分散,这意味着方差增加。

然后,我们修复和和不同的从70年−dBm - 70 dBm。结果如图所示6。的增加导致左倾趋势每个方案的SINR曲线,但几乎每个曲线的形状变化。

再。爵士

平均符号错误率(SER)接收机模拟在不同的信道衰落和拓扑。

当的情况下,dB, 0分贝,模拟和15分贝。SER的曲线改变绘制在图7。相对应的结果dB以来表现最好的信道衰落服从一个近似高斯分布。作为dB增加,SER性能严重下降。此外,带来的性能提升也降低。然而,NC-G计划执行比其他两个方案在所有这些情况下。

最后,我们固定dB和改变观察SER性能在不同的拓扑结构。结果见图8表明,当平均的和增加,例如,改变从来相应地,SER性能降低。然而,当平均距离是固定的,减少,例如,改变从来,SER性能仍然几乎不变。

7所示。结论

在本文中,我们专注于用户级干扰下多播方案。而不是传统的成对的D2D通信方式,我们建议通过groupwise方式实现信息交换。通过引入网络编码的概念,该方案能够利用干扰有效信号增强接收性能,而不是只有管理或控制。理论分析和仿真结果证明,该方案实现了更好的SINR性能和较低的资源占用比传统的成对D2D传输方案。除了作为物理传输方案在蜂窝网络多播服务,我们希望该方案适用于其他网络研究领域的一个更高的网络性能。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

这项工作是由中国国家基础研究计划(973计划)2012 cb315801。