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(diǎn)：靈活、泛在的可用性和低成本，直連通信。D2D資源分配的特點(diǎn)：1）是用戶(hù)之間共享資源，2）是用戶(hù)擁有專(zhuān)用的資源。

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

設(shè)計(jì)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(gè)資源塊的目標(biāo)接收功率、資源塊的數(shù)量和路徑損耗，對(duì)于未來(lái)的發(fā)展方向，需要有效的資源分配技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足5G及未來(lái)6G的要求，以實(shí)現(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基站最小的信令開(kāi)銷(xiāo)，獲得可接受的用戶(hù)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(gè)中心基站負(fù)責(zé)為各條鏈路分配資源，其優(yōu)勢(shì)是可以進(jìn)行全局優(yōu)化，獲得最優(yōu)的性能。集中式資源分配可以進(jìn)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(jī)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(gè)D2D發(fā)射端所占用的資源由用戶(hù)自己決定。分布式資源管理如果實(shí)現(xiàn)用戶(hù)之間的信息交互，則可以更好地進(jìn)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(hù)A和用戶(hù)C在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，先發(fā)送探測(cè)信號(hào)給用戶(hù)B和用戶(hù)D。用戶(hù)B和用戶(hù)D進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量包括兩個(gè)方面測(cè)量有用信號(hào)的強(qiáng)度，測(cè)量干擾的強(qiáng)度，用戶(hù)B和用戶(hù)D將測(cè)量結(jié)果反饋給用戶(hù)A和用戶(hù)C，用戶(hù)A和用戶(hù)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(gè)因素其傳輸?shù)男盘?hào)受到的干擾強(qiáng)度其傳輸?shù)男盘?hào)對(duì)其他用戶(hù)產(chǎn)生的干擾強(qiáng)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(gè)用戶(hù)通信的情況，所以蜂窩小區(qū)中存在多用戶(hù)通信情況時(shí)，用戶(hù)間難免會(huì)出現(xiàn)干擾，尤其是在D2D通信場(chǎng)景中用戶(hù)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(hù)對(duì)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(diǎn)3.3干擾管理如果將網(wǎng)絡(luò)定義為D2D層和蜂窩層兩個(gè)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(gè)D2D用戶(hù)）和受干擾方（如一個(gè)蜂窩用戶(hù)）屬于不同網(wǎng)絡(luò)層的跨層干擾。是干擾源（如一個(gè)D2D用戶(hù)）和受干擾方（如一個(gè)位置鄰近的D2D擁護(hù)）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(diǎn)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(diǎn)（a）（b）圖3-2上下行干擾場(chǎng)景分析（a）上行；（b）下行（1）復(fù)用UL資源的干擾特點(diǎn)：除了同層干擾外，跨層干擾可以分為UL蜂窩信號(hào)對(duì)DR的干擾和D2D傳輸對(duì)基站接收蜂窩信號(hào)的干擾兩個(gè)類(lèi)型。（2）復(fù)用DL資源的干擾特點(diǎn)：除了同層干擾外，跨層干擾也可以分為DL蜂窩信號(hào)對(duì)D2D接收的干擾和D2D傳輸對(duì)蜂窩終端接收DL信號(hào)的干擾兩種類(lèi)型。3.3干擾管理3.3.1D2D通信產(chǎn)生干擾的特點(diǎn)3.3.1D2D通信產(chǎn)生干擾的特點(diǎn)3.3干擾管理解決上述類(lèi)型的干擾可從資源分配和功率控制兩個(gè)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(hù)調(diào)度到正交的資源上。此方法需要痛過(guò)限制用戶(hù)的傳輸功率來(lái)解決用戶(hù)間干擾問(wèn)題。資源分配：功率控制：3.3.2干擾管理技術(shù)分類(lèi)3.3干擾管理

D2D用戶(hù)體驗(yàn)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(lèi)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(guò)資源的調(diào)度或者協(xié)調(diào)將相互強(qiáng)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(gè)分區(qū)中的D2D干擾避免模型。圖3-3一個(gè)分區(qū)中的D2D干擾避免模型3.3.2干擾管理技術(shù)分類(lèi)3.3干擾管理（2）干擾消除：干擾消除技術(shù)使用先進(jìn)的解碼和編碼方案來(lái)消除DUE或CUE處的干擾信號(hào)。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(lèi)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(shì)。如圖3-5所示，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)用戶(hù)之間的干擾構(gòu)建干擾圖，為D2D用戶(hù)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(lái)的通信中將是一種趨勢(shì)，其可有效增加5G和未來(lái)6G網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)容量，同時(shí)也會(huì)使用戶(hù)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(jī)性質(zhì)，超密集網(wǎng)絡(luò)使資源分配更具挑戰(zhàn)性。用戶(hù)的頻繁移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備位置發(fā)生轉(zhuǎn)變，用戶(hù)所受到的干擾也會(huì)發(fā)生變化，因此必須開(kāi)發(fā)一種有效的資源分配和干擾管理方案，以滿(mǎn)足用戶(hù)QoS的強(qiáng)烈需求。3.4資源分配無(wú)線(xiàn)電資源是無(wú)線(xiàn)電通信系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。由于無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)通信介質(zhì)的特殊性，無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信的各個(gè)參與方需要共享無(wú)線(xiàn)電資源。因此，無(wú)線(xiàn)電資源在各個(gè)參與方之間的分配機(jī)制，也就是無(wú)線(xiàn)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(jìn)行無(wú)線(xiàn)電資源共享是指在無(wú)線(xiàn)電資源使用上以靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的方式對(duì)無(wú)線(xiàn)電資源進(jìn)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(jìn)行無(wú)線(xiàn)電資源共享是指D2D通信以復(fù)用的方式對(duì)正在使用的蜂窩資源進(jìn)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(duì)一一個(gè)正交子信道只能同時(shí)被一個(gè)D2D用戶(hù)和一個(gè)蜂窩用戶(hù)共享多對(duì)一一個(gè)正交子信道允許同時(shí)被多個(gè)D2D用戶(hù)和一個(gè)蜂窩用戶(hù)共享一對(duì)多一個(gè)正交子信道只能同時(shí)被一個(gè)D2D用戶(hù)和一個(gè)蜂窩用戶(hù)共享，并且一個(gè)D2D用戶(hù)被允許同時(shí)復(fù)用多個(gè)正交的子信道多對(duì)多一個(gè)D2D用戶(hù)可以同時(shí)復(fù)用多個(gè)正交子信道，并且多個(gè)D2D用戶(hù)允許與一個(gè)蜂窩用戶(hù)共享同一個(gè)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(wú)線(xiàn)電（CognitiveRadio，CR）與資源分配方案3.5本章小結(jié)

本章對(duì)D2D資源分配中的資源管理特點(diǎn)及干擾管理進(jìn)行了綜述，并探討了相關(guān)研究問(wèn)題和進(jìn)一步研究的挑戰(zhàn)。干擾會(huì)導(dǎo)致蜂窩網(wǎng)絡(luò)和D2D通信的性能?chē)?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(diǎn)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(guò)對(duì)典型方案進(jìn)行了例證說(shuō)明。思考題試述資源分配的目的。資源管理的特點(diǎn)有哪兩種？請(qǐng)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(chǎng)景是什么？D2D頻譜共享方法是什么？QUESTION:思考題7.請(qǐng)分別描述正交式和復(fù)用式共享。8.本書(shū)中D2D的信道復(fù)用方式有幾種？分別是如何描述的？9.請(qǐng)分別描述系統(tǒng)容量和能量效率定義。10.用香農(nóng)公式計(jì)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(wèn)信噪比S/N應(yīng)增大到多少倍，如果在剛才計(jì)算出的基礎(chǔ)上將信噪比再增大到10倍，問(wèn)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.