一種基于干擾對齊技術的d2d協(xié)作多點傳輸方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無線通信技術領域的信息傳輸方法，具體地說，涉及一種基于干 擾對齊技術的D2D(Device To Device)協(xié)作多點傳輸方法。
【背景技術】
[0002] 目前，3GPP組織提出的LTE標準在技術和商用上取得了較大的進展。在LTE框架內， 為了解決頻譜資源有限這一問題，引入了如M頂(KDevice 2 DeviCe(D2D)等多種手段。
[0003] 當一個有限區(qū)域內若干個終端之間交換數據時，經由基站eNodeB轉發(fā)效率是較為 低下的。如果終端能夠將發(fā)射功率控制在一定閾值之內，則對小區(qū)內使用同一頻段資源的 基站和其他終端只造成有限的干擾，不影響其正常通信。此時，業(yè)務的發(fā)射終端和接收終端 之間不通過基站而直接與其他終端交換信息，基站只負責資源調度，實現D2D(Devi ce 2 Device)業(yè)務傳輸，如圖1所示。LTE提出的D2D概念具有普遍意義，其思路對其他類似采用基 站作為中心節(jié)點的專網系統(tǒng)都是適用的。
[0004] 現代無線通信系統(tǒng)的無線資源可以構建為一個"頻率和時隙"的二維模型，例如 OFDM的"載波"以及載波上的"時隙"。如果小區(qū)負載較輕時，D2D業(yè)務終端可以使用空閑的 "頻率-時隙"資源塊，這樣就避免了對正常業(yè)務的干擾。當小區(qū)負載較重時，D2D業(yè)務終端復 用已經分配的資源塊。這時為了減小彼此的干擾，通常要求復用距離D2D業(yè)務終端較遠終 端使用的資源塊。在資源分配的過程中，正常業(yè)務終端的資源分配是優(yōu)先的。而無論是系統(tǒng) 是"輕載"時使用空閑資源塊，還是"重載"時復用正常業(yè)務終端持有的資源塊，D2D都面臨著 缺乏資源、難以實現高速數據交換的難題。此外，當存在多個D2D發(fā)射終端和接收終端時，對 個D2D對之間也需要分配不同的"頻率-時隙"資源塊，這進一步增加了在系統(tǒng)中應用的難度
[0005] 干擾對齊技術作為解決無線通信系統(tǒng)中同頻干擾的重要手段，可以有效地提高頻 譜效率，從而提高系統(tǒng)容量。干擾對齊技術實現的核心是設計一對預編碼矩陣和干擾抑制 矩陣，使網絡中的接收機將來自非期望發(fā)射機的干擾信號對齊到同一子空間中，在接收端 設置干擾抑制矩陣(把干擾信號迫零，獲取期望信號），實際上就是把干擾信道轉化為多個 并行的無干擾的復高斯信道(見圖2的示意）。干擾對齊能實現非?？捎^的自由度增益(在很 多情形下能實現信息論意義上的最優(yōu)自由度），以K用戶干擾信道為例，干擾對齊能實現的 每用戶自由度為1/2(信息論最優(yōu)）；作為對比，正交傳輸和干擾噪聲化技術所能實現的每用 戶自由度分別為1/K和0。因此，在K值較大時干擾對齊具有非?？捎^的自由度增益與速率優(yōu) 勢。根據研究，當收發(fā)均采用兩根天線時，在信噪比足夠大的情況下，3發(fā)3收，每個終端2天 線干擾信道采用干擾對齊技術理論上可達到傳統(tǒng)TDMA系統(tǒng)容量的1.5倍。
[0006] 在D2D應用場景中，使用干擾對齊技術解決多個D2D業(yè)務對復用同一個資源塊來實 現容量提升是可行的。由于D2D系統(tǒng)的基站仍然負責資源調度，因此基站也可以作為多個 D2D發(fā)端協(xié)同進行干擾對齊預編碼時"時鐘同步"、"全局信道狀態(tài)獲取和分發(fā)"的執(zhí)行者， 從而避免了完全自組織模式下多個終端在物理層信號處理上精確協(xié)同的難題。本發(fā)明以 LTE框架下的多天線MMO系統(tǒng)為背景，針對現有D2D業(yè)務資源緊張、難以實現高速數據交換 的問題，提出了一種基于干擾對齊技術的D2D協(xié)作多點傳輸方法。

【發(fā)明內容】

[0007] 要解決的技術問題:本發(fā)明為解決一定區(qū)域內D2D業(yè)務傳輸資源不足、速率有限的 問題，針對現有技術方案的不足，為無線蜂窩系統(tǒng)的D2D業(yè)務提供一種基于資源復用的協(xié)作 多點傳輸方法，該方法可有效提升區(qū)域內D2D業(yè)務系統(tǒng)的容量。
[0008] 本發(fā)明所采取的技術方案為：
[0009] -種基于干擾對齊技術的D2D協(xié)作多點傳輸方法，其特征在于:該方法具體包括以 下步驟：
[0010]步驟1:蜂窩系統(tǒng)中基站確定實施干擾對齊的D2D業(yè)務區(qū)域，并保證多個D2D業(yè)務對 終端的同步，其中D2D業(yè)務對終端包括發(fā)射終端和接收終端；
[0011]步驟2:多個D2D業(yè)務對的發(fā)射終端依次發(fā)射參考信號；
[0012]步驟3:基站通過測量多個D2D業(yè)務對發(fā)射終端的參考信號，得到每個D2D業(yè)務對發(fā) 射終端到基站的信道估計；
[0013]步驟4:每個D2D業(yè)務對接收終端通過測量所有D2D發(fā)射終端發(fā)送的參考信號，估計 得到接收終端和所有D2D對發(fā)射終端之間的信道狀態(tài)信息，并反饋給基站；
[0014]步驟5:基站根據D2D業(yè)務對接收終端反饋的信道狀態(tài)信息，計算基于干擾對齊技 術實現信息傳輸需要的預編碼矩陣和干擾抑制矩陣，將預編碼矩陣發(fā)送給D2D業(yè)務對的發(fā) 射終端，將干擾抑制矩陣發(fā)送給D2D業(yè)務對接收終端；
[0015] 步驟6:基站確定D2D業(yè)務使用的頻率\時隙資源塊和功率控制因子，并發(fā)送給D2D 業(yè)務對的發(fā)射終端；
[0016] 步驟7:D2D業(yè)務對的發(fā)射終端根據功率控制因子和預編碼矩陣信息在指定的頻 率\時隙資源塊上實現基于干擾對齊技術的信息傳輸；
[0017]步驟8: D2D業(yè)務對的接收終端根據各自干擾抑制矩陣，完成信號的接收；
[0018] 完成基于干擾對齊技術的D2D協(xié)作多點傳輸。
[0019] 本發(fā)明與現有技術相比，所取得的有益效果為：
[0020]本發(fā)明提出了一種基于干擾對齊技術的Device to Device(D2D)協(xié)作多點傳輸方 法，可在提供較少復用資源的蜂窩網絡區(qū)域內，利用干擾對齊技術使多個D2D業(yè)務對同時使 用同一個"頻率-時隙"資源塊，從而提升D2D業(yè)務系統(tǒng)的容量。在信噪比較好的情況下，與 TDMA時分復用傳輸相比，系統(tǒng)容量有明顯提升。相比于現有的D2D案，本發(fā)明在少量增加信 道測量和預編碼信息傳遞開銷的情況下，可有效地提升區(qū)域內D2D業(yè)務系統(tǒng)的容量。
【附圖說明】
[0021 ]圖1蜂窩網絡中的D2D業(yè)務傳輸基本框架模型；
[0022]圖2是用戶干擾對齊技術實現示意圖；
[0023]圖3本發(fā)明的方法流程圖；
[0024]圖4本發(fā)明在理想信道環(huán)境下（即所有信道矩陣元素都服從獨立同分布:Hkl(i，j) 為均值為〇、方差為的復高斯分布），3個D2D業(yè)務對，每個終端兩天線條件下，基于干擾對 齊技術的D2D協(xié)作多點傳輸方法與時分復用方法性能比較示意圖。
[0025] 圖5本發(fā)明在信道為萊斯(Rician)衰落時，D2D發(fā)射端和接收端之間不同散射和直 射LOS徑能量比值kappa系數條件下，基于干擾對齊技術的D2D協(xié)作多點傳輸方法與時分復 用方法性能比較示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍不限 于下述實施例子。
[0027]實施例中，以一個單載波傳輸系統(tǒng)作為例子。參與D2D傳輸的業(yè)務對有3個，且每個 業(yè)務終端均配置2根天線，傳輸帶寬IOKHz，采用QPSK調制，信道編碼采用卷積碼，其碼率為 1/3,對應的碼生成序列分別為go=[l 3 3](oct)，gi = [l 7 l](oct)，g2=[l 6 5](oct)。 信道解碼將采用Viterbi算法及max-log-MAP算法。本發(fā)明也適用于D2D業(yè)務對大于3、每個 終端配置天線數大于2以及采用如QAM調制、LDPC、Turbo編譯碼的情況。
[0028] 基于干擾對齊技術的Device To Device協(xié)作多點傳輸過程如下：
[0029]步驟1:蜂窩系統(tǒng)中基站確定實施干擾對齊的D2D業(yè)務區(qū)域，并保證多個D2D業(yè)務對 終端的同步，其中D2D業(yè)務對終端包括發(fā)射終端和接收終端；
[0030] 實施例中，D2D業(yè)務終端利用GPS進行定位，將定位信息發(fā)送給基站，基站確定3個 D2D業(yè)務對（{UEn，UEr1 }、{ UEt2，UEr2 }、{UEt3，UEr3 })所在的區(qū)域E;同時，區(qū)域E內各個D2D對 {UEn，UEr1 }、{ UEt2，UEr2 }、{ UEt3，UEr3 }的發(fā)射終端 UEn、UEt2、UEn 和接收終端 UEr1、UEr2、UEr3 利 用無線蜂窩系統(tǒng)提供的同步機制實現干擾對齊處理所需的時鐘和頻率同步。
[0031] 步驟2:多個D2D業(yè)務對的發(fā)射終端依次發(fā)射參考信號；
[0032] 實施例中，基站調度每個D2D業(yè)務對的發(fā)射終端UET1、UET2、UE T3發(fā)送上行參考信號。
[0033] 現^參考信號采用矩陣，其中3冊為發(fā)射功率值(本實施例中對噪聲歸 一化），Φ為酉矩陣，其維度為MXM13M為發(fā)射端天線數，本實施例中為2，每個D2D發(fā)射端和接 收端均為2天線，一共3個D2D業(yè)務對。
[0034]步驟3:基站通過測量多個D2D業(yè)務對發(fā)射終端的參考信號，得到每個D2D業(yè)務對發(fā) 射終端到基站的信道估計；
[0035]實施例中，基站通過測量D2D業(yè)務對發(fā)射端的參考信號