的解集；
[0102] (3)記OJk化=1或2)接收信號(hào)的后置編碼矩陣為2行、2列的Wk。設(shè)計(jì)后置編碼矩陣 Wk正交于D2D-Pm對(duì)CUk的干擾信道矩陣Hk,mFm(m= 1或2)，如下所不：
[0103] Wk = Null(Hk,mFm)，rn=l，2
[0104] 其中，B = Null(A),表示矩陣B正交于矩陣A;
[0105] (4)記D2D-Pm接收端的后置編碼矩陣為2行、2列的Gm。采用基于最小化均方誤差干 擾對(duì)齊算法，得到最小化D2D-Pm(m=l或2)均方誤差的后置編碼矩陣Gi, &和預(yù)編碼矩陣Fi, F2,步驟如下所示：
[0106] a、分別對(duì)拉格朗日函數(shù)中Gm、Fm(m=l或2)求偏導(dǎo)數(shù)，并令它們的偏導(dǎo)數(shù)為零，得到 等式(1)(2):
[0107] = Ct H j,,G汽HI, +、,iy、Hl"G。,8 (I) J=t
[010引 GW = F",HH"',f 忠 H",.jFiF(Hm',、H + aI、-、 口） 7 二:1
[0109] 其中，m=l或2,〇2為環(huán)境噪聲nm的方差；
[0110] b、初始化預(yù)編碼矩陣Fm為2行、2列的隨機(jī)矩陣；
[0111] C、通過(guò)公式(2)計(jì)算得到后置編碼矩陣Gm;
[01切 d、將（1)式代入功率限制條件11巧"脂=1，求得UAm^O),把Am代入公式（1)，更新 Fm ；
[0113] 日、計(jì)算均方誤差EMSE;
[0114] f、重復(fù)步驟C，d、e，直至EMSE收斂，得到Gm，F(xiàn)m即為所求解；
[011引（5)根據(jù)預(yù)編碼矩陣FmOn=I或2)，計(jì)算出D2D-P m的信道增益丫m，如下所示：
[0117] (6)參與通信的蜂窩用戶測(cè)量本地接收信號(hào)的信干噪比（SINR)，并通過(guò)反饋信道 發(fā)給BSo,由BSo將其中最小的SINR設(shè)為D2D-P通信闊值COth。然后采用硬判決判斷D2D-Pm是否 接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)，用符號(hào)Pm表示，如下所示： 向 \，SlNIlI',2凸怖 < 6)化
[011 引 口!" 二{ m 二 1，2 y巧\0，S!NR…凸押> 化化
[0119] 其中，SINRD2Dm表示D2D-Pm的SINR值;Pm值置0，表示D2D-Pm不能接入蜂窩網(wǎng)絡(luò);Pm值 置1，表示D2D-Pm能接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)；
[0120] (7)根據(jù)丫 m和Pm,按照改進(jìn)的注水功率分配算法分配D2D-Pm的發(fā)送功率Pm,如下所 示：
[01 21 ] Pm = 0m(lV 丫 m-1 )+ ,m= 1,2 2
[01其中，y為注水的水平，滿足-內(nèi)<)+ = 2函數(shù)(X) +=max(X，0)表示取實(shí)數(shù)X和0 '於；1 ，： .9 的最大值運(yùn)算。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高頻譜利用率的D2D-P復(fù)用蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信方法，其特征在于，包括w下步驟： S1，建立蜂窩網(wǎng)絡(luò)，所述的蜂窩網(wǎng)絡(luò)包括蜂窩基站、K個(gè)蜂窩用戶抓kW及Μ對(duì)設(shè)備對(duì)設(shè)備 用戶對(duì)D2D-Pm，k= 1，2，…，Κ，m= 1，2，…，Μ，所述的D2D-Pm包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，所述的蜂窩 用戶、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均分別設(shè)有N個(gè)發(fā)射天線數(shù)和N個(gè)接收天線數(shù)，發(fā)射機(jī)向接收機(jī)發(fā)送 的信號(hào)向量Zm為d行、1列，D2D-Pm到抓k的信道矩陣化,m為N行、N列； S2，根據(jù)化,m，利用干擾對(duì)齊法，求得各D2D-Pm的N行、d列預(yù)編碼矩陣Fm的解集； S3，計(jì)算各D2D-Pm對(duì)各OJk的干擾矩陣Hk,mFm，設(shè)計(jì)正交于Hk,mFm的N行、d列的各蜂窩用戶 后置編碼矩陣Wk; S4,利用基于最小化均方誤差的干擾對(duì)齊法，求得所有D2D-P m的發(fā)射機(jī)預(yù)編碼矩陣Fm 和接收機(jī)后置編碼矩陣Gm，并進(jìn)行蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信，W獲取各蜂窩用戶OJk的信干噪比SINR; S5，設(shè)置D2D-Pm的SINR闊值ω化，若D2D-Pm的SINR小于ω化，則將該D2D-Pm接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)， 并設(shè)置0m值為1，否則設(shè)置iW直為0 ; 56, 根據(jù)發(fā)射機(jī)預(yù)編碼矩陣Fm和值，利用改進(jìn)的注水功率分配法對(duì)所有D2D-Pm分配發(fā) 送功率Pm; 57, 根據(jù)步驟S2~S6的矩陣計(jì)算結(jié)果及功率分配結(jié)果，進(jìn)行蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高頻譜利用率的D2D-P復(fù)用蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信方法，其特征 在于，所述的步驟S2具體為:將所有的D2D-Pm對(duì)OJk的干擾矩陣化,mFm對(duì)齊到該OJk接收端的 同一信號(hào)子空間上，具體如下式： span化k'lFi) = . . . =span化k'mFm) = . . . =span(化,mFm) 其中，4=1，2，-，，1(，39曰11^)表示矩陣4列向量張成的子空間。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高頻譜利用率的D2D-P復(fù)用蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信方法，其特征 在于，所述的步驟S4具體包括W下步驟： S41，計(jì)算接收機(jī)接收到的經(jīng)發(fā)射機(jī)預(yù)編碼矩陣Fm處理的信號(hào)電平Sm，W及Sm經(jīng)接收機(jī) 后置編碼矩陣Gm處理后得到的信號(hào)電平是：； S42,定義所有D2D-Pm的信號(hào)電平均方誤差和EMSE如下：利用拉格朗日乘數(shù)法求解如下所示優(yōu)化問(wèn)題：其中，E{ · }表示數(shù)學(xué)期望，I |xM2表示矩陣X的范數(shù)平方，II義假表示矩陣X的F范數(shù)平 方，Pm為D2D-Pm的發(fā)送功率，且滿足P為所有的D2D-P總發(fā)送功率。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種提高頻譜利用率的D2D-P復(fù)用蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信方法，其特征 在于，所述的步驟S41中，經(jīng)發(fā)射機(jī)預(yù)編碼矩陣Fm處理過(guò)的信號(hào)電平Sm具體計(jì)算如下式：其中，Pm是D2D-Pm發(fā)射機(jī)的發(fā)送功率，Hm,m為D2D-Pm發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的N行、N列信道矩 陣，Hm, j為D2D-P潑射機(jī)到D2D-Pm接收機(jī)的N行、N列信道矩陣，nm為D2D-Pm接收機(jī)接收到的環(huán) 境噪聲。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種提高頻譜利用率的D2D-P復(fù)用蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信方法，其特征 在于，所述的步驟S42具體包括W下步驟： S420，引入拉格朗日乘數(shù)λ。，得到拉格朗日函數(shù)：其中，EMSE為信號(hào)電平均方誤差和； S421，分別對(duì)拉格朗日函數(shù)中Gm、Fm求偏導(dǎo)數(shù)，并令偏導(dǎo)數(shù)為零，得到等式(1)、（2):其中，m=l，2,…，mV為環(huán)境噪聲nm的方差，且E{nmnmH} = 〇2I，I為N階單位矩陣； S422，初始化預(yù)編碼矩陣Fm為隨機(jī)矩陣； S423，通過(guò)式(2)計(jì)算得到后置編碼矩陣Gm; S424，將式(1)代入功率限制條件II f。,枯=，求得λ。，把λ。代入式(1)，更新Fm; S425,計(jì)算所有D2D-Pm的信號(hào)電平均方誤差和emse; S426，重復(fù)步驟S423~S425，直至emse收斂，得到Gm和Fm。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高頻譜利用率的D2D-P復(fù)用蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信方法，其特征 在于，所述的S5中，D2D-Pm通信SINR闊值ω th為:參與通信的蜂窩用戶測(cè)量本地接收信號(hào)的 信干噪比SINR，并通過(guò)反饋信道發(fā)給蜂窩基站，由蜂窩基站將其中最小的SINR設(shè)為D2D-P通 信闊值ω化。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高頻譜利用率的D2D-P復(fù)用蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信方法，其特征 在于，所述的S6中，所述改進(jìn)的注水功率分配法求解D2D-Pm發(fā)送功率Pm的計(jì)算方法為： Pm = 0m(y/ 丫 m-l) + 其中，μ為注水的水平，滿足丫 m為D2D-Pm的信道增益，勺所有的D2D-P總發(fā)送功率，函數(shù)(X Γ=max (X，0)表示取實(shí)數(shù)X和0中的 較大值。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高頻譜利用率的D2D-P復(fù)用蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信方法，包括以下步驟：S1，建立蜂窩網(wǎng)絡(luò)；S2，根據(jù)Hk,m，利用干擾對(duì)齊法，求得各D2D-Pm的N行、d列預(yù)編碼矩陣Fm的解集；S3，計(jì)算D2D-Pm對(duì)CUk的干擾矩陣Hk,mFm，設(shè)計(jì)正交于Hk,mFm的N行、d列的蜂窩用戶后置編碼矩陣Wk；S4，利用基于最小化均方誤差的干擾對(duì)齊法，求得所有D2D-Pm的發(fā)射機(jī)預(yù)編碼矩陣Fm和接收機(jī)后置編碼矩陣Gm，并進(jìn)行通信；S5，設(shè)置D2D-Pm的SINR閾值ωth，判決D2D-Pm是否接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)；S6，采用改進(jìn)的注水功率分配法對(duì)所有D2D-Pm分配發(fā)送功率；S7，根據(jù)步驟S2～S6的結(jié)果，進(jìn)行通信。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將D2D-P對(duì)蜂窩用戶的干擾對(duì)齊到蜂窩用戶處，保證了蜂窩用戶的通信優(yōu)先級(jí)，控制了D2D-P之間的相互干擾，提高了D2D-P和速率。
【IPC分類】H04W16/10, H04B7/04, H04W72/04, H04W72/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105704721
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610019020
【發(fā)明人】王歡, 李莉, 王珍
【申請(qǐng)人】上海師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月22日
【申請(qǐng)日】2016年1月13日