D2D通信關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用 課件 第三章

3D2D資源分配技術(shù)3.1概述3.3干擾管理3.2資源管理3.4資源分配3.5本章小結(jié)3.1概述D2D資源分配的優(yōu)點：靈活、泛在的可用性和低成本，直連通信。D2D資源分配的特點：1）是用戶之間共享資源，2）是用戶擁有專用的資源。

多數(shù)情況下蜂窩用戶具有專用的信道（頻譜）資源，而D2D用戶占用剩余的信道資源或復(fù)用蜂窩用戶占用的信道資源。3.1概述

設(shè)計結(jié)構(gòu)化功率控制算法需要考慮的重要參數(shù)是最大發(fā)射功率、每個資源塊的目標(biāo)接收功率、資源塊的數(shù)量和路徑損耗，對于未來的發(fā)展方向，需要有效的資源分配技術(shù)來滿足5G及未來6G的要求，以實現(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基站最小的信令開銷，獲得可接受的用戶數(shù)據(jù)速率，最大的網(wǎng)絡(luò)吞吐量和能量效率等需求。3.2資源管理資源管理主要分為集中式和分布式資源管理。資源管理集中式分布式3.2.1集中式資源管理3.2資源管理

集中式資源分配由一個中心基站負(fù)責(zé)為各條鏈路分配資源，其優(yōu)勢是可以進行全局優(yōu)化，獲得最優(yōu)的性能。集中式資源分配可以進一步分為集中控制和半集中控制，其中半集中式控制可以看作是集中式與分布式資源分配的結(jié)合機制。集中式資源分配半集中控制集中式分布式集中控制3.2.2分布式資源管理3.2資源管理在分布式資源管理中，每個D2D發(fā)射端所占用的資源由用戶自己決定。分布式資源管理如果實現(xiàn)用戶之間的信息交互，則可以更好地進行資源的選擇，避免沖突。如圖3-1所示：圖3-1分布式資源分配3.2.2分布式資源管理3.2資源管理用戶A和用戶C在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，先發(fā)送探測信號給用戶B和用戶D。用戶B和用戶D進行測量。測量包括兩個方面測量有用信號的強度，測量干擾的強度，用戶B和用戶D將測量結(jié)果反饋給用戶A和用戶C，用戶A和用戶C基于反饋信息判決是否占用相應(yīng)的資源。判決需要考慮兩個因素其傳輸?shù)男盘柺艿降母蓴_強度其傳輸?shù)男盘枌ζ渌脩舢a(chǎn)生的干擾強度。圖3-1分布式資源分配3.3干擾管理在蜂窩小區(qū)中很難出現(xiàn)只存在單個用戶通信的情況，所以蜂窩小區(qū)中存在多用戶通信情況時，用戶間難免會出現(xiàn)干擾，尤其是在D2D通信場景中用戶間干擾情況將被放大，導(dǎo)致蜂窩網(wǎng)絡(luò)的性能下降。D2D用戶對和蜂窩網(wǎng)絡(luò)之間相互干擾的影響情況3.3.1D2D通信產(chǎn)生干擾的特點3.3干擾管理如果將網(wǎng)絡(luò)定義為D2D層和蜂窩層兩個分離的層結(jié)構(gòu)，那么根據(jù)干擾源和受干擾方的層次不同，干擾可劃分為兩種形式：是干擾源（如一個D2D用戶）和受干擾方（如一個蜂窩用戶）屬于不同網(wǎng)絡(luò)層的跨層干擾。是干擾源（如一個D2D用戶）和受干擾方（如一個位置鄰近的D2D擁護）屬于相同網(wǎng)絡(luò)層的同層干擾。3.3.1D2D通信產(chǎn)生干擾的特點3.3干擾管理D2D復(fù)用蜂窩傳輸?shù)馁Y源上行鏈路（Uplink，UL）頻譜資源下行鏈路（Downlink，DL）頻譜資源3.3干擾管理3.3.1D2D通信產(chǎn)生干擾的特點（a）（b）圖3-2上下行干擾場景分析（a）上行；（b）下行（1）復(fù)用UL資源的干擾特點：除了同層干擾外，跨層干擾可以分為UL蜂窩信號對DR的干擾和D2D傳輸對基站接收蜂窩信號的干擾兩個類型。（2）復(fù)用DL資源的干擾特點：除了同層干擾外，跨層干擾也可以分為DL蜂窩信號對D2D接收的干擾和D2D傳輸對蜂窩終端接收DL信號的干擾兩種類型。3.3干擾管理3.3.1D2D通信產(chǎn)生干擾的特點3.3.1D2D通信產(chǎn)生干擾的特點3.3干擾管理解決上述類型的干擾可從資源分配和功率控制兩個方面入手。此方法需要網(wǎng)絡(luò)能夠獲知CUE和DUE的空間分布情況，將通信質(zhì)量好的用戶調(diào)度到正交的資源上。此方法需要痛過限制用戶的傳輸功率來解決用戶間干擾問題。資源分配：功率控制：3.3.2干擾管理技術(shù)分類3.3干擾管理

D2D用戶體驗經(jīng)常受到兩種干擾，即小區(qū)內(nèi)干擾和小區(qū)間干擾，期中小區(qū)內(nèi)干擾是主要的干擾形式。

干擾管理技術(shù)：干擾避免、干擾消除和干擾協(xié)調(diào)。

3.3.2干擾管理技術(shù)分類3.3干擾管理（1）干擾避免：干擾避免技術(shù)用于避免D2D鏈路和蜂窩鏈路之間的干擾，是通過資源的調(diào)度或者協(xié)調(diào)將相互強干擾的D2D鏈路和蜂窩鏈路配置到正交的資源上以避免干擾。如圖3-3所示，一個分區(qū)中的D2D干擾避免模型。圖3-3一個分區(qū)中的D2D干擾避免模型3.3.2干擾管理技術(shù)分類3.3干擾管理（2）干擾消除：干擾消除技術(shù)使用先進的解碼和編碼方案來消除DUE或CUE處的干擾信號。所使用的技術(shù)可以提高蜂窩網(wǎng)絡(luò)的容量。3.3.2干擾管理技術(shù)分類3.3干擾管理圖3-5干擾圖（3）干擾協(xié)調(diào)：干擾協(xié)調(diào)技術(shù)用于緩解蜂窩鏈路和D2D鏈路之間的干擾，干擾協(xié)調(diào)方案在帶內(nèi)D2D通信中具有顯著的優(yōu)勢。如圖3-5所示，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)用戶之間的干擾構(gòu)建干擾圖，為D2D用戶尋找可以復(fù)用的信道資源。3.3.3干擾管理面臨的挑戰(zhàn)3.3干擾管理網(wǎng)絡(luò)密集化在將來的通信中將是一種趨勢，其可有效增加5G和未來6G網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)容量，同時也會使用戶間的干擾更加復(fù)雜化。此外，由于設(shè)備量大和設(shè)備位置的隨機性質(zhì)，超密集網(wǎng)絡(luò)使資源分配更具挑戰(zhàn)性。用戶的頻繁移動會導(dǎo)致設(shè)備位置發(fā)生轉(zhuǎn)變，用戶所受到的干擾也會發(fā)生變化，因此必須開發(fā)一種有效的資源分配和干擾管理方案，以滿足用戶QoS的強烈需求。3.4資源分配無線電資源是無線電通信系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)。由于無線移動通信系統(tǒng)通信介質(zhì)的特殊性，無線移動通信的各個參與方需要共享無線電資源。因此，無線電資源在各個參與方之間的分配機制，也就是無線電資源管理，是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。3.4.1信道分配方式3.4資源分配蜂窩鏈路和D2D通信之間的信道資源共享主要分為正交式共享和復(fù)用式共享，如圖3-6所示。圖3-6復(fù)用式與正交式資源共享3.4.1信道分配方式3.4資源分配（1）正交式共享：采用正交方式進行無線電資源共享是指在無線電資源使用上以靜態(tài)或動態(tài)的方式對無線電資源進行正交分割，使蜂窩通信和D2D通信分別使用相互正交的資源。（2）復(fù)用式共享：采用復(fù)用方式進行無線電資源共享是指D2D通信以復(fù)用的方式對正在使用的蜂窩資源進行復(fù)用，并將干擾限制在一定水平范圍內(nèi)。3.4.1信道分配方式3.4資源分配方式具體內(nèi)容一對一一個正交子信道只能同時被一個D2D用戶和一個蜂窩用戶共享多對一一個正交子信道允許同時被多個D2D用戶和一個蜂窩用戶共享一對多一個正交子信道只能同時被一個D2D用戶和一個蜂窩用戶共享，并且一個D2D用戶被允許同時復(fù)用多個正交的子信道多對多一個D2D用戶可以同時復(fù)用多個正交子信道，并且多個D2D用戶允許與一個蜂窩用戶共享同一個子信道3.4.2信道分配方案3.4資源分配

功率控制與信道分配方案認(rèn)知無線電（CognitiveRadio，CR）與資源分配方案3.5本章小結(jié)

本章對D2D資源分配中的資源管理特點及干擾管理進行了綜述，并探討了相關(guān)研究問題和進一步研究的挑戰(zhàn)。干擾會導(dǎo)致蜂窩網(wǎng)絡(luò)和D2D通信的性能嚴(yán)重下降，因此分析了D2D通信產(chǎn)生干擾的原因并討論了干擾管理策略的必要性，以有效消除干擾，保證蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信的性能可靠性，提高D2D通信質(zhì)量。根據(jù)產(chǎn)生干擾的原因和干擾管理特點將干擾管理分為三種，在此基礎(chǔ)上，比較分析了現(xiàn)有的資源分配的解決方案和方法，最后，通過對典型方案進行了例證說明。思考題試述資源分配的目的。資源管理的特點有哪兩種？請分別作出表述？什么是同層干擾？什么是跨層干擾？試述干擾避免和干擾消除。D2D復(fù)用蜂窩傳輸?shù)馁Y源的場景是什么？D2D頻譜共享方法是什么？QUESTION:思考題7.請分別描述正交式和復(fù)用式共享。8.本書中D2D的信道復(fù)用方式有幾種？分別是如何描述的？9.請分別描述系統(tǒng)容量和能量效率定義。10.用香農(nóng)公式計算一下，假定信道帶寬為3100Hz，最大信息傳輸速率為35Kbit/s，那么若想使最大信息傳輸速率增加60%。問信噪比S/N應(yīng)增大到多少倍，如果在剛才計算出的基礎(chǔ)上將信噪比再增大到10倍，問最大信息速率能否再增加20%？11.信道帶寬為3000Hz，信噪比為30dB，則最大數(shù)據(jù)速率為多少？QUESTION:思考題12.