毫米波微蜂窝网络与D2D间的干扰控制机制研究

• 作 者: 宁嘉怡
• 出 处: 北京邮电大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 毫米波 D2D 干扰控制 Stackelberg博弈 图着色

移动数据业务爆炸式的增长对未来网络的系统容量和性能提出了更高要求,这使得对新型传输关键技术和通信方式的研究势在必行。毫米波通信与设备直连(Device-to-Device,D2D)技术作为第五代移动通信的两大关键技术,可以借助巨大带宽和短距离直接通信的优势提升网络容量和性能,两者的融合组网是异构网络的重要组成。在毫米波微蜂窝网络中引入复用模式D2D通信可以获得更高的频谱利用率,但是同时也给微蜂窝通信带来了干扰,因此如何在毫米波场景下设计合理的干扰控制策略是未来网络下将要面临的重要挑战。本文基于此问题,在毫米波微蜂窝网络中,针对复用式D2D承载业务的不同特点,提出相应的干扰控制策略。具体来讲:1)基于Stackelberg博弈的毫米波微蜂窝与D2D干扰控制机制。首先,针对D2D承载新兴的高服务质量需求业务场景,为了提升系统容量,提出D2D链路复用整段毫米波微蜂窝频谱的资源分配方式。其次,在微蜂窝与D2D链路间构造Stackelberg博弈模型来表征双方的干扰控制关系。在博弈过程中,微基站作为主导者对接收到的D2D干扰定价并收费,然后D2D链路作为跟随者基于微基站的定价以非合作博弈方式确定自身发射功率。定价更新与发射功率重置过程反复进行直到达到均衡状态。最后,利用逆向归纳法求解博弈过程并获得具体的D2D功率调控方案,实现有效的干扰控制。2)基于图着色时隙调度的毫米波微蜂窝与D2D干扰控制机制。首先,针对D2D承载传统的普通服务质量需求业务场景,为了控制频繁出现普通业务之间的干扰并保证服务质量,在全频率复用微蜂窝频谱的情况下对D2D链路在时域上进行划分来进行资源进一步分配。然后,基于无向图表征D2D链路间的干扰情况,并将D2D传输阶段的时隙划分映射成节点着色过程。首先通过单着色方案确定划分的传输阶段数,每种颜色对应一个阶段,然后再根据链路所需通信时间和当前着色情况设置优先级并依此进行多重着色,来将所需时间长的D2D链路分阶段传输以提升效率。最后,以最小化总传输时间为目标,确定具体各阶段的传输顺序以及分配的时隙资源。总之,本文针对毫米波微蜂窝网络下复用模式D2D承载高质量和普通质量业务的场景,分别提出了基于Stackelberg博弈的毫米波微蜂窝与D2D干扰控制机制和基于图着色时隙调度的毫米波微蜂窝与D2D干扰控制机制来分别对D2D通信的功率以及时隙进行分配,从而有效控制干扰,提升毫米波异构网络容量。