D2D通信系统的干扰协调与资源优化

本文首先分析了同构网络下的D2D系统干扰协调和资源优化问题，简要介绍了基于部分位置信息的D2D干扰协调和资源优化，再对单小区和多小区的D2D功率控制和信道分布简单介绍。其次，文章再针对异构网络下的D2D资源优化，从异构网络下的D2D模式选择和信道分配以及异构网络下的D2D中继资源优化两个方面进行研究。

【关键词】D2D通信系统 干扰协调 资源优化方案

D2D通信息技术是利用通信双方的近距离的特性，两个近距离设备不经过基站转发的前提下，直接进行数据传输，实现通信和信息共享。随着互联网和云计算等网络技术的发展，蜂窝网络传输的数据形式种类的不断增加，用户对无线通信宽带不断增长的需求和蜂窝网络有限的无线资源供应之间的矛盾越来越大，并成为主要矛盾，促使蜂窝网络朝着提高有效频谱的方向发展。而D2D的技术特点正适应了蜂窝网络技术发展的方向，因而D2D技术成为几年来研究的重点。本文就D2D通信系统的干扰协调与资源优化进行探讨。

1 同构网络下的D2D干扰协调和资源优化

1.1 基于部分位置信息的D2D干扰协调和资源优化

功率控制和信道分配的关联性是D2D通信资源优化的难练，它不仅需要被复用的蜂窝用户确定后，基站才能根据信道状态信息分配功率，还需要D2D用户发射功率后，基站才会分配最佳的复用信道。再次规划方法中，基站根据信道状态信息分析信道复用情况下的干扰和发射功率，再进行功率和信道分配操作，这种方法需要基站获取大量的信道状态信息。而且在分布式方法中，它的收敛速度也需要在实际应用中得到优化。为此，有科研人员提出一种基于干扰受限区域的方案，在用户周围规划了一个干扰受限区域，通过一定的干扰门限分配信道资源。然而该方法需要精确掌握D2D用户的位置，在单蜂窝条件下，难以精确掌握用户的位置信息。

1.2 单小区D2D功率控制和信道分布

精确的D2D用户位置信息对干扰受限区域下的信道分布有一定的影响，而基于D2D用户部分信息的但小区功率控制和信道分布不受小区间的干扰，而是通过限制发射功率控制D2D对蜂窝用户的干扰。这种做法可以保障以中断概率定义的用户QsS来计算干扰首先区域。在单小区中，干扰首先区域的形状为圆环形。当被复用蜂窝用户处于圆环状的受限区域内，D2D用户或者蜂窝用户的中断概率将显著提高，并且高于门限的概率。因此，基站应该不能区域内的蜂窝用户信道资源分配给D2D用户。

1.3 多小区D2D功率控制和信道分布

多小区下的D2D资源优化中，小区间干扰是主要的问题难点。基于规划思想的优化对信道状态信息的依赖程度加高，而依赖程度高不仅促使小区内信令开销得到极大的增加，而且对小区间信令交互的需求也会增加。除此之外，但小区下的结果不能简单地复制应用于多小区环境中。例如D2D用户处于小区的边缘，如果只将同小区下的资源优化作为考虑范围，D2D用户会严重受到来自于相邻小区中使用相同信道的蜂窝用户的干扰。在分布式的方法中，小区间干扰通常被D2D用户归为同小区干扰，但是这基站的定价策略不符，因而会影响定价策略，导致定价策略出现偏差。但是如果考虑多小区下的博弈，领导者需要协调所有追随者的网络组建，而不是仅仅局限在某个小区的基站。另外，如果追随者数量成倍增长，会给收敛速度带来巨大的挑战。

2 异构网络下的D2D资源优化

2.1 异构网络下的D2D模式选择和信道分配

与同构网络的D2D资源分配方式不同，异构网络下的D2D通信具有小蜂窝模式和复用小蜂窝信道模式可供选择。小蜂窝模式是指D2D通信双方如果处于同一个小蜂窝的覆盖范围，D2D通信可以通过小蜂窝接入点实现数据交换。虽然小蜂窝的覆盖范围不光，但是小蜂窝的覆盖范围依旧比D2D通信距离要广。因此，处于同一小蜂窝内的D2D双方可以将小蜂窝作为接入点中转，而且小蜂窝接入点中转带来的好处更多。因此D2D用户可以考虑使用小蜂窝模式。复用小蜂窝信道模式和复用宏峰模式具有一定的相似性。由于小蜂窝具有覆盖范围小的特点，通过提高频段以及重新设计参考信号的方式可以提高资源的使用效率。而且作为近距离通信的D2D通信系统，复用小蜂窝信道也可以从新的设计中获得效益。

2.2 异构网络下的D2D中继资源优化

一是基于分支定界算法的资源优化方案。该方案中将所有WUE的接入成功率和最低作为目标，算法复杂，复杂程度为指数级别。但是在许多情况下，该算法的求解速度较快。二是基于中继有限的资源优化方案。该方案主要基于D2D通信在提升频谱效率中的优势。该算法以分支定界算法为基础，从分支定界算法转化而来。三是基于贪婪散发的资源优化方案。该算法属于先到服务的算法，它的计算复杂程度较低，但是不能获得用户分集增益。先到的用户可以优先选择满足限制条件，同时能降低自身功率的最优的接入模式和信道资源。四是基于服用中继优先的资源优化方案[3]。该方案优先选择服用D2D中继模式，但是它与中继优先算法有一定的差异。即用户被分配到非法制的功率后，用户不能参与选择其它模式。服用中继优先算法的功耗虽然比中继优先算法高，但是它的频谱效率也更高。

3 结语

文章主要针对D2D通信在当前和未来网络中可能出现的干扰协调和资源优化两个问题进行分析和研究，单纯的蜂窝网络下的D2D通信技术已日趋成熟，通过对干扰协调和资源优化的研究有利于提高D2D通信系统的价值，提升服务质量，这也是当前D2D通信研究领域的主要方向。

参考文献

[1]荣涛.Device-to-Device通信的无线资源管理研究[J].现代电信科技，2012（05）.

[2]徐同刚.LTE系统中引入D2D技术后的干扰研究[J].电信快报，2012（11）.

[3]员陈军，王晓湘，王冬宇.基于用户分组的D2D通信资源分配方案[J].成都信息工程学院学报，2012（06）.

作者单位

九二八五三部队 黑龙江省哈尔滨市 150000