[发明专利]一种超密集毫米波D2D通信干扰管理方法

说明书

本发明涉及一种超密集毫米波D2D通信干扰管理方法，主要解决现有方法对波束宽度选择与资源分配在管理干扰方面不能同时兼顾的缺点，提供一种基于联合波束宽度选择和资源优化的超密集毫米波D2D通信干扰管理方法，包括如下步骤：首先对毫米波D2D通信系统进行系统建模和干扰管理问题建模；其次利用粒子群优化进行波束宽度选择，获得最优的波束宽度向量；最后利用基于凸优化近似的资源优化获得最佳联合功率和时隙分配向量；本发明所提出的基于联合波束宽度选择和资源优化的干扰管理方法可以有效管理干扰，提高并行传输链路数目，获得更高系统和速率。

技术领域

本发明涉及毫米波通信领域，具体针对超密集毫米波D2D通信系统，设计一种基于联合波束宽度选取和资源优化的干扰管理方法，有效管理不同毫米波D2D通信链路之间的干扰问题，使得超密集毫米波D2D通信系统和速率获得较高提升。

背景技术

针对毫米波D2D通信系统中干扰管理问题，现有技术提出了基于传输调度或资源分配的干扰管理方法，以抑制毫米波通信系统中的干扰并增加并发传输链路数目。然而，这些方案都假设固定天线波束宽度，并且没有考虑波束宽度选择对并发传输调度和资源分配的影响。现有技术中有关毫米波D2D通信系统中的波束宽度选取问题研究还比较缺乏。由于波束宽度对干扰水平具有重要影响，因此将波束宽度选择与传输调度或资源分配相结合更有利于吞吐量性能提升。

本发明通过分析波束宽度和资源分配与超密集毫米波D2D通信网络的干扰强度和速率的关系，建立使得和速率最大化的联合波束宽度选取和资源优化问题。为了以低复杂度求解所建立的非凸混合整数规划问题，将其分解为两个子问题来进行求解。首先提出基于粒子群优化(PSO,particle swarm optimization)的波束宽度选择算法，以找到每条D2D通信链路的最佳波束宽度。然后，在获得波束宽度的基础上，提出基于凸优化近似的联合功率优化和时隙调度算法，以提高并发传输链路数目，进一步提高和速率。仿真结果表明，所提出的基于联合波束宽度选择和资源优化的干扰管理方法可有效地提高超密集毫米波D2D通信系统和速率。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术对波束宽度选择与资源分配在管理干扰方面不能同时兼顾的缺点，提供一种基于联合波束宽度选择和资源优化的超密集毫米波D2D通信干扰管理方法来解决上述不足，以进一步提升超密集场景下毫米波D2D通信并行传输数目，有效提升系统和速率。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种超密集毫米波D2D通信干扰管理方法，包括如下步骤，

(1)对超密集毫米波D2D通信系统按如下步骤进行系统建模：

(1a)两个移动设备之间直接进行通信组成一个D2D通信对，令表示所有D2D通信对的集合，为模拟超密集场景，假设所有D2D链路在一个较小的圆形区域中随机分布，D2D通信链路使用时分多址技术在毫米波频带上进行发送，时隙集合表示为此外，假设D2D链路受基站控制，并且基站可获得所有D2D通信链路的信道状态信息；

(1b)任意设置两个D2D链路，分别表示为D2D链路i和D2D链路j，令和分别表示D2D发射器j和D2D接收器i之间连线相对于D2D发射器j到D2D接收器j(记为j→j)和D2D发射器i到D2D接收器i(记为i→i)视轴方向的角度，和分别表示D2D发射机j和D2D接收机i的主瓣波束宽度，对于较宽波束宽度情况，存在和此时存在干扰，两条D2D链路不能同时发送，应为它们分配不同的时隙，对于较窄波束宽度的情况，存在和此时两条D2D链路可以无干扰地同时传输，可以为它们分配相同时隙进行传输；

(1c)采用模拟波束成形或混合模拟/数字波束成形对毫米波信号进行对准，从扇区级和波束级依次详尽地搜索所有可能的波束方向，确定最佳的波束对准方向，该对准过程将为毫米波通信网络引入对准开销，因此一个时隙包含两个阶段：波束对准阶段和数据传输阶段，其中D2D通信链路的波束对准持续时间可以表示为：