设备间通信的分类资源共享机制在蜂窝网络

文摘

设备间(D2D)通信被认为是一个5 g无线通信系统的关键技术。在这篇文章中,一个资源共享的机制,为不同情况适用不同的政策(因此被分类)。在这个方案中,所有D2D双分为三组进行比较的最小发射功率最大传输功率的每个细胞的问题。建议的机制使多个D2D对第二组分享资源同时移动用户设备(UE),通过调整这些D2D发射机传输的权力。同时,D2D对第一组和第三组与细胞问题分享资源基于传输能量最小化原理。仿真结果表明,该方案可以实现相对较高的网络吞吐量和降低传输功耗D2D系统。

1。介绍

更高的数据率在当地需求的不断攀升和逐渐增加频谱拥塞引发了提高频谱效率和干扰管理研究活动。近年来,D2D(设备间)通信获得了太多的关注1,2]。D2D通信提高频谱效率的空间复用无线电资源和延长电池寿命的减少用户设备(UE)的传输功率。由于这些优势,D2D通信一直在积极讨论等下一代蜂窝系统的标准化机构长期Evolution-Advanced (LTE-A) [3]。

然而,D2D链接可能产生重大干扰通信系统。因此,资源管理方案,它支持资源重用,考虑到晶格内的干扰,对整体网络性能有很大的影响。迄今为止,主要工作是针对干扰控制通过资源共享模式选择(4),功率控制(5- - - - - -7),和资源分配8- - - - - -10]。之前的作品(5- - - - - -7主要集中在功率控制在一个特定的资源块没有考虑资源分配,而前面的工作(8- - - - - -10)关注的只有一个D2D链接可以共享资源与一个细胞的联系。此外,在11),作者研究联合信道和功率分配来提高用户设备的能源效率。在[12- - - - - -15),作者设计了基于权力资源配置方案,取得了相对更好的性能,而不考虑地理分布的因素,可能影响严重。在[16),作者提出了一个基于interference-aware图资源共享算法,可以有效地获取基站的资源分配算法的解决方案,但计算复杂度较低。在[17),一个资源分配方案提出了基于列生成方法。在[18),作者旨在为D2D通信优化资源共享更好地利用在一个多用户上行资源细胞系统,保证正常的细胞通讯的质量。

本文进一步提高频谱利用率和系统容量,资源共享方法,使多个D2D链接与细胞同时问题,分享资源。首先,D2D最小传输功率的发射机计算所需的最低Signal-to-Interference-plus-Noise比(SINR)和干扰细胞与D2D链接共享资源的问题。其次,基于干扰eNodeB阈,D2D发射机的最大传输功率计算。第三,通过比较最大的最小发射功率在每个细胞的资源问题,一组细胞问题设备D2D可以共享资源的链接。然后,D2D双分为三组根据比较的结果。

最后,当许多D2D链接只能与一些特殊的细胞问题共享资源或D2D链接的数量大于细胞问题设备的数量,调整这些D2D发射机的传播力量,确保eNodeB低于一个阈值的累积干扰;和每个D2D链接的最小SINR值满足。之后,他们可以同时与细胞问题分享资源。仿真结果表明,该方案可以实现更高的网络容量和降低传输功耗D2D系统。

然后,我们可以总结的主要贡献如下:(我)不同于现有的工作,我们分析传输能量的资源共享的可行性和设计的权力约束原则,要求最低SINR和最大干扰,它提供了一种新颖的电源管理方案。(2)根据不同几何分布(系统中各个节点的距离),资源分为3组基于权力约束原则,从而充分利用问题的资源。(3)利用可调D2D传输能量,建议的机制使多个D2D对第二组同时与细胞问题分享资源。此外,D2D对第一组和第三组可以共享资源与细胞基于传输能量最小化原理问题,进一步提高了电源效率。

本文的其余部分组织如下。下一节描述了系统模型。细胞之间的资源共享方法问题和D2D对提出了部分3。该方法的性能评估4与本文的结论部分5。

2。系统模型

考虑基于OFDMA的蜂窝网络,这是频分双工(FDD),专注于一个细胞由eNodeB如图1,它假定eNodeB知道任何两个问题之间的路径损耗组件设备和任何问题和eNodeB之间,基于问题的位置或平均通道品质(19]。在细胞中,有细胞问题设备的地方。除了细胞问题设备,有对D2D问题设备彼此直接沟通,。只考虑认为D2D问题设备与细胞问题分享上行资源。此外,它也认为,独家资源保留对D2D问题设备。

在这项工作中,我们注重路径损耗的因素,由于不同的D2D对之间的距离和问题。不同的距离导致不同的频道收益,从而会进一步影响传输能量。根据图1,代表D2D之间的信道增益和D2D,而表明细胞问题之间的信道增益和D2D,表示D2D之间的信道增益和细胞问题

3所示。提出了资源共享机制

3.1。细胞之间共享资源条件和D2D链接的链接

我们定义作为一组D2D链接,可以与细胞问题分享上行资源当且仅当满足以下条件: 在这里,和被定义为最小SINR D2D的价值吗分别和细胞的干扰阈值问题。和表示D2D链接的传输能量和传递细胞问题的力量,分别。

3.2。资源共享和功率调整

3.2.1之上。获取矩阵传输能量

我们定义了一个矩阵,其中th元素表示最低发射机D2D的力量共享资源与细胞的问题,在那里可以计算(4)。我们定义了一个矩阵,其中th元素意味着D2D的最大发射功率共享资源与细胞的问题,在那里可以计算(5)。因此,

在这里,和被定义为最小SINR D2D的价值吗分别和细胞的干扰阈值问题。

3.2.2。分组D2D问题

根据条件在细胞之间共享资源的链接和D2D链接,不能共享资源如果。然后,D2D双分为以下三组通过比较矩阵的每个元素和矩阵:(我)第一组(如果所有以上所有):D2D对第一组不能共享资源与任何手机问题。(2)第二组(如果的一部分超过的部分吗):D2D对第二组可以共享资源和一些细胞的问题。(3)第三组(如果所有都不到):D2D对第三组可以共享资源和所有细胞的问题。

为进一步了解,根据地理分布(各个节点的距离),然后画出图2解决分类问题。结果表明,如果之间的距离和是短暂的和之间的距离和长,那么通道增益变成了巨大的价值变成小值。在这种情况下,相应的最小发射功率(4)可能大于最大传输功率(5),这使得第一组和D2D对与任何手机问题无法共享资源。否则,相应的最小发射功率(4)可能小于最大传输功率(5),这种情况属于第三组。因此,至于第二组,由于几何(各个节点的距离)第一组和第三组之间的不同,相应的频道在第二组属于第一组和第三组。

现在,资源共享模型,它允许多个D2D问题设备的资源重用细胞问题和最小化总传输功率D2D系统。我们专注于细胞之间的资源共享问题和D2D链接在第二组。我们构建一个——- - - - - -矩阵通过选择行对应D2D链接在第二组矩阵,也就是选择从矩阵th行如果D2D链接属于第二组。同样,我们构造一个——- - - - - -矩阵通过选择行矩阵。表示D2D对第二组的数量。然后,提供了两个算法寻求最小传输功率值矩阵在下列两种情况。

例1 ()。在算法1,和表示的行和列。行()- ()算法1用于寻求最小传输功率值在矩阵,然后标记的行和列属于,继续寻找无名的最小发射功率值矩阵的行和列;该算法重复上面的操作倍,从而获得最小传输功率值。行()- ()解释如下:如果这些传输功率值小于对应的最大传输功率值,算法返回它们。如果他们中的一些人比相应的最大传输功率大,算法1继续寻找这些D2D链接的最小发射功率根据线()- (),直到每个人都小于对应的最大传输功率。线(),意味着是th元素的矩阵。

例2 ()。在算法2首先,它搜索从矩阵最小传输功率值通过调用算法1。然后,它更新中所有的列矩阵无名和搜索的最小发射功率值D2D链接通过调用算法1。当一组可行的,一组传输能量的值矩阵也可以达到。如果这些值(传输能量)属于不同的行和列,D2D链接与细胞问题分享资源的下标最小传输功率;也就是说,意味着D2D链接与细胞问题共享资源。然而,一些属于同一列最小传输功率值,这意味着多个D2D链接的资源竞争细胞的问题。
因此,根据(1)和(3),这些D2D链接的算法调整发射机功率,这样他们可以分享资源与细胞问题(2)持有。否则,D2D链接时,传输能量的值是最小的与细胞问题,分享资源被选中。
如上所述,资源共享的目标方法不仅提高系统容量,而且D2D系统的传输功率降到最低。为了最小化D2D系统的总传输功率,D2D链接在第二组和第三组与细胞分享资源问题基于能量最小化原理。独家资源倾向于被分配给D2D在第一组问题较小的传输能量,而剩余的细胞问题设备,喜欢分享资源与直D2D较小的传输能量在第三组。

4所示。性能分析

在本节中,提出资源共享机制的性能评估。首先,仿真参数设置,然后给出了仿真结果和分析。所有的模拟是在MATLAB环境下操作。

4.1。仿真设置

有细胞问题设备和D2D对在单个圆形细胞的半径500米。假设一个RB的带宽kHZ,噪声谱密度dBm / Hz。的路径损耗、阴影和瑞利衰落。基于LTE系统模型(19),路径损耗模型(dB),发射机和接收机之间的距离。根据(20.),假设所有的跟踪组件链接是先验知识。,跟踪组件遵循对数正态分布分布与零均值和标准偏差,dB。还假定所有的多路径组件链接是相互独立的,它们是指数分布具有相同的意思,。最小的每一对D2D SINR阈值正常通信dB,每个细胞的传输能量问题是20 dBm。我们认为D2D双的数量和eNodeB的干扰阈值作为变量的模拟。仿真参数表进行了总结1。

4.2。仿真结果

仿真结果在数据绘制3- - - - - -8。之前讨论的结果,我们不久描述随机算法(21)和启发式算法(22];他们认为细胞问题只能与一双D2D分享资源。在随机算法,一双D2D与随机细胞中细胞的问题,共享资源而细胞问题的优先级与一双D2D导致共享资源最少的干扰的eNodeB启发式算法。

在图3,D2D对每组的数量。它可以观察到,D2D对第一组的数量增加而D2D对第三组的干扰阈值随eNodeB变得更小。D2D以来对在第一组只能使用独家资源,他们中的一些人不能访问系统当独家资源是不够的。接下来,我们分析该方案的性能。

系统和速率的不同干扰下D2D阈值可以在图中找到4。可以看出,该算法的系统和速率比其他两种算法。

在图5,因为该算法使多个D2D问题设备同时与相同的细胞分化问题分享资源,实现网络容量高于其他两种算法。从图5(一个),我们可以看到D2D对访问的最大数量是25等于细胞的问题。原因是手机问题只能与一双D2D共享资源在其他两个算法。与此同时,它可以观察到,D2D对访问的数量减少的干扰阈值eNodeB变得更小。当许多D2D对属于第一组,他们只能使用独家资源有限,因此,一些D2D对没有使用,因此无法访问系统资源。

D2D发射机的平均传输能量呈现在图6。它表明,拟议中的资源共享方法具有更好的性能方面的传输功率的随机算法和启发式算法。原因如下。在随机算法,一双D2D与随机移动问题,共享资源,而细胞优先与D2D对共享资源的问题导致的干扰最小的eNodeB启发式算法。然而,在该算法中,细胞问题设备更愿意分享资源D2D对较小的传输能量。

最后,我们将该方法与方法提出了(11),如图7和8。至于文献[16- - - - - -18),该方法确实达到相对更好的性能和奠定基础的面积D2D资源共享。然而,结果表明,CA算法(11)可以达到一个相对高总和率与我们提出的方法相比,尽管平均传输能量,而高于该方法在我们的纸上。因此,我们的方法可以被视为一种求和rate-power折衷方案,可以作为一个替代现实。

5。结论

在这篇文章中,一个机制,细胞连接的多个D2D链接共享资源提出了蜂窝网络。首先,最小传输功率矩阵和最大传输功率矩阵构造,和D2D问题设备分为三组通过比较矩阵的每个元素。我们构建一个最小传输功率矩阵根据D2D对第二组。循环矩阵的最小值搜索和比较它和相应的最大传输功率,得到了最小传输功率值。然后,我们调整D2D发射机的发射功率,属于同一列,与细胞D2D对共享资源问题的下标选择最小传输功率。为了最小化D2D系统的传输功率,D2D问题设备在第一组和第三组与细胞分享资源问题基于传输能量最小化原理。最后,仿真结果表明,该策略可以达到一个相对高网络容量和低D2D系统的传输功率。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是国家863计划支持的部分根据2015年格兰特aa01a705和中国奖学金委员会。h·李的工作是由美国国家科学基金会资助的eccs - 1407679下,cns - 1525226, cns - 1525418, cns - 1543830。

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