Tam Çift Yönlü D2D İletişim Sisteminde Kaynak Tahsis Algoritması
Huang Wei1,2, Ke Wentao1, Zhang Haibo3, Yang Xiong1, Liang Yunjin1
(1. Chongqing Mobil İletişim Teknolojisi Ana Laboratuvarı, Chongqing Posta ve Telekomünikasyon Üniversitesi, Chongqing 400065;
2. Chengdu Bölgesinde Ordu Chongqing Askeri Temsilci Bürosu Askeri Temsilci Ofisi, Chengdu 610036, Sichuan; 3. Geniş Bant Mobil İletişim Mobilizasyon Merkezi, Chongqing Posta ve Telekomünikasyon Üniversitesi, Chongqing 400065)
D2D (Aygıttan Aygıta) iletişimine tam çift yönlü teknolojinin uygulanması, D2D kullanıcılarının verimini artırabilir ve dolayısıyla sistem verimini artırabilir, ancak tam çift yönlü iletişimin neden olduğu kendi kendine parazit de kaçınılmazdır. Birden fazla D2D kullanıcı çiftinin aynı hücresel kullanıcı kaynaklarını paylaşabileceği dikkate alındığında, D2D kullanıcı çiftleri arasında ortak kanal paraziti meydana gelecektir. Bu soruna yönelik olarak, sistemdeki normal kullanıcı iletişimi öncülüğünde, grafik teorisinde nokta renklendirmeye dayalı bir kaynak tahsis algoritması önerilmiştir. Algoritma, D2D kullanıcı çiftleri arasındaki ortak kanal girişimini kabul edilebilir bir aralık içinde sınırlar ve sistem verimini en üst düzeye çıkarmak için D2D kullanıcı çiftleri ile hücresel kullanıcılar arasındaki kaynakları koordine etmek için grafik teorisindeki nokta renklendirme algoritmasını kullanır. Simülasyon sonuçları, geleneksel yarı çift yönlü D2D iletişimiyle karşılaştırıldığında, algoritmanın D2D kullanıcılarının iletişim kalitesini etkili bir şekilde iyileştirdiğini ve tüm hücresel ağın sistem kapasitesini artırdığını göstermektedir.
D2D iletişimi; tam çift yönlü; çoklu paylaşım modu; kaynak tahsisi
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TN929.5
Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2016.12.024
Çince alıntı biçimi: Huang Wei, Ke Wentao, Zhang Haibo, vb. Tam çift yönlü D2D iletişim sisteminde bir kaynak tahsis algoritması.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2016, 42 (12): 93-96.
İngilizce alıntı biçimi: Huang Wei, Ke Wentao, Zhang Haibo, ve diğerleri Hücresel ağların altında yatan tam çift yönlü D2D iletişimleri için çoklu paylaşım kaynak tahsis şeması.Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2016, 42 (12): 93-96.
0 Önsöz
5G iletişimi için temel aday teknolojilerden biri olan D2D iletişimi, hücresel kullanıcı spektrum kaynaklarını çoklayarak ve baz istasyonu yükünü azaltarak spektrum kullanımını artırabilir. D2D iletişimi, kısa mesafeli terminaller arasındaki iletişim için kullanılır ve kısa mesafeli iletişim için tam çift yönlü iletişim kullanıldığında, terminal performansı büyük ölçüde iyileştirilir, bu nedenle D2D iletişiminde tam çift yönlü teknoloji kullanılır.
Şu anda, kaynak tahsisi üzerine yapılan çoğu araştırma yarı çift yönlü D2D iletişimine odaklanmaktadır. Son yıllarda, kendi kendine müdahale iptal teknolojisinin olgunlaşmasıyla birlikte, uzmanlar ve akademisyenler tam çift yönlü D2D iletişimini incelemeye başladılar. Literatür, bant genişliği verimliliğini ve sistem verimliliğini artıran basit bir tam çift yönlü D2D iletişim protokolü önermektedir. Literatür, parazit kısıtlı alanlara dayalı bir kaynak tahsis şeması önermektedir ve sonuçlar, tam çift yönlü D2D iletişiminde D2D bağlantı veriminin, yarı çiftlinin iki katına yakın olduğunu göstermektedir. Belge, sistem verimini en üst düzeye çıkarmayı amaçlamaktadır ve grafik teorisinde grafik renklendirmeli tam çift yönlü bir kaynak tahsis şeması önermektedir, ancak belge kendi kendine müdahalenin etkisini dikkate almamaktadır. Belge, D2D kullanıcılarının sayısını en üst düzeye çıkarmayı amaçlamaktadır ve tek bir hücresel kullanıcının kaynaklarını çoğaltmak için birden çok D2D çifti için bir çözüm önermektedir, ancak bu çözüm, D2D kullanıcıları arasındaki ortak kanal girişimini içermemektedir. Literatür, hücresel kullanıcılar için hizmet kalitesini sağlamaya dayalı bir sezgisel algoritma önermektedir, ancak karmaşıklık çok büyüktür.
Yukarıdaki sorunlar ışığında, bu makale, tam çift yönlü iletişim senaryosu için aynı hücresel kullanıcı kaynaklarını çoğullayan birden çok D2D kullanıcı çiftinin kaynak tahsisi sorununu çözer ve tam çift yönlü D2D iletişimini destekleyen bir kaynak tahsis algoritması önerir. Hücresel kullanıcılar ve D2D kullanıcıları için hizmet kalitesini sağlama öncülü altında, bu algoritma kaynakları grafik teorisinin orta nokta renklendirme teorisi aracılığıyla D2D kullanıcılarına tahsis eder.
1 Sistem modeli
Şekil 1'de gösterildiği gibi, D2D'nin hücresel kullanıcı yukarı bağlantı kaynaklarını yeniden kullandığı varsayılır, burada K D2D kullanıcı çiftleri ve N hücresel kullanıcı hücre içinde rasgele dağıtılmıştır.
Bunların arasında 1iN, 1jK ve l {1,2}.
İ-inci hücresel kullanıcının yukarı-bağlantı kaynağı j-inci D2D kullanıcıları çifti tarafından çoğullanırsa, l-inci D2D kullanıcısının j-inci D2D bağlantı çiftindeki sinyal-parazit ve gürültü oranı (SINR) elde edilebilir:
Bunlar arasında formül (9), bir D2D çiftinin yalnızca bir hücresel kullanıcının kanal kaynaklarını çoğaltabileceğini belirtir.
2 Grafik renklendirme teorisine dayalı kaynak tahsis algoritması
Yukarıdaki problemleri çözmek için, bu makale grafik teorisi perspektifinden ele almakta ve D2D kaynak tahsisi problemini grafik teorisinde bir nokta boyama problemine dönüştürmektedir.
D2D kullanıcı çiftleri arasındaki aynı frekans girişiminin ilişkisine göre, bir girişim grafiği G = (V, E) oluşturulur, V kümesindeki her düğüm, hücredeki D2D kullanıcı çiftini temsil eder ve E kümesi, D2D kullanıcı çiftini bağlayan kenarı temsil eder. . D2D kullanıcı çifti x ve D2D kullanıcı çifti y arasında dayanılmaz parazit varsa, x ve y düğümlerini bağlamak için bir kenar kullanılır; aksi takdirde bağlantı yapılmaz.
Girişim grafiğindeki iki nokta arasında bir bağlantı varsa, bu, karşılık gelen D2D iletişim çifti arasındaki aynı frekans girişiminin nispeten büyük olduğunu ve aynı hücresel kaynağın yeniden kullanılamayacağını ve bunun tersi, potansiyel yeniden kullanılabilir bir kaynak olduğunu gösterir. Girişim grafiğinin yapımı tamamlandıktan sonra, grafik nokta renkli olacaktır. Renklendirme fonksiyonu olarak belirtilir ve nokta renklendirme sayısı olarak belirtilir ve renklendirme noktaları sabit nokta derecesinin azalan sırasına göre düzenlenir. Algoritma sözde kodu aşağıda gösterilmiştir.
Grafik renklendirme kaynak ayırma algoritmasına göre:
3 Simülasyon analizi
Uygulamayı kolaylaştırmak için, bu makale önerilen algoritmayı tek bir hücre senaryosunda simüle etmektedir ve simülasyon parametreleri Tablo 1'de gösterilmektedir.
Şekil 2'den, baz istasyonu artan parazit aldığında, D2D kullanıcılarının toplam veriminin de arttığı ve D2D iletişim çiftlerinin sayısının artmaya devam ettiği görülebilir. Kendi kendine parazit giderme 95 dB olduğunda, yarı çift yönlü (HD) modu tam çift yönlü (FD) moddan daha iyi performans gösterir; kendi kendine parazit iptali 105 dB ve 110 dB olduğunda, tam çift yönlü D2D iletişim modu daha iyi performans gösterir.
Şekil 3, tek bir D2D bağlantı iletişiminin kesinti olasılığı ile baz istasyonu tarafından alınan girişim arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Yarı çift yönlü D2D iletişim kullanıcıları ile karşılaştırıldığında, her tam çift yönlü D2D kullanıcısı daha fazla parazit yaşayacaktır.
Şekil 4, kendi kendine müdahale ile sistem veriminin eğilimini göstermektedir. Yarı çift yönlü sistemin verimi kendi kendine müdahaleden etkilenmediğinden, değişmeden kalır. Bu yazıda benimsenen grafik renklendirme kaynak tahsis algoritması, birden fazla D2D kullanıcısının aynı hücresel kaynağı yeniden kullanabilmesinin neden olduğu ortak frekans girişimini etkin bir şekilde koordine eder. Geleneksel tekli çoklama modu ile karşılaştırıldığında, bu algoritma sistem verimini artırır.
Şekil 5, sistemdeki D2D günlüklerinin sayısındaki artışın, çoğullamaya katılan ortalama D2D sayısı üzerindeki etkisini göstermektedir. Bu makaledeki algoritmanın kullanılması, sistemdeki hücresel kullanıcı kaynaklarını yarı çift yönlü D2D bağlantılarının sayısının yarısından fazlasını yeniden kullanabilen D2D kullanıcılarının sayısını, dolayısıyla ortak kanal parazitini etkili bir şekilde azaltmayı sağlar. Bu nedenle, tam çift yönlü D2D iletişim modunun makul bir şekilde kullanılması belirli faydalar sağlayacaktır.
4. Sonuç
Hücresel sistemdeki çoktan bire D2D iletişim modu, sınırlı spektrum kaynaklarını tam olarak kullanabilir, böylece sistem verimini artırabilir, ancak sistemde üretilen girişim de daha ciddi olacaktır. Bu makalede önerilen algoritma, sistemdeki tüm kullanıcıların hizmet kalitesinin QoS kısıtlamaları altında grafik renklendirme algoritması aracılığıyla kaynakları D2D kullanıcılarına etkin bir şekilde tahsis edebilir ve D2D kullanıcıları arasındaki ortak kanal girişimini kabul edilebilir bir aralıkta kontrol ederek sistem performansını iyileştirebilir. Çıktı. Ancak, bu araştırma güç optimizasyonunu içermediğinden, sistemdeki kullanıcıların güç kontrolü konusunda daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.
Referanslar
DOPPLER K, RINNE M, WIJTING C, ve diğerleri LTE-gelişmiş ağların alt tabakası olarak Cihazdan Cihaza iletişim IEEE Communications Magazine, 2009, 47 (12): 42-49.
FODOR G, DAHLMAN E, MILDN G, ve diğerleri. Ağ destekli cihazdan cihaza iletişimin tasarım yönleri IEEE Communications Magazine, 2012, 47 (12): 170-177.
CHEN X H, CHEN L, ZENG M X, ve diğerleri Hücresel ağların altında yatan Cihazdan Cihaza iletişim için aşağı bağlantı kaynak tahsisi. IEEE 23rd Uluslararası Kişisel İç Mekan ve Mobil Radyo İletişimi Sempozyumu, 2012: 232-237.
AN R, SUN J, ZHAO S, vd. LTE downlink ağının altında yatan cihazdan cihaza iletişim için kaynak tahsis şeması Kablosuz İletişim ve Sinyal İşleme (WCSP), 2012 Uluslararası Konferans, IEEE, 2012: 1-5.
ZHU D H, WANG J H, SWINDLEHURST AL, ve diğerleri. Hücresel ağların altında yatan cihazdan cihaza iletişim için aşağı bağlantı kaynağı yeniden kullanılır. IEEE Signal Processing Letters, 2014, 21 (5): 531-534.
SANGHOON KIM, STARK W. Hücresel ağlarda tam çift yönlü cihazdan cihaza iletişim IEEE Hesaplama, Ağ ve İletişim (ICNC), 2014: 721-725.
ALI S, RAJATHEVA, LATVA-AHO M. Hücresel ağlarda tam çift yönlü cihazdan cihaza iletişim IEEE Ağları ve İletişim (EuCNC), 2014: 1-5.
YANG H, ZHANG R Q, CHENG X. Tam çift yönlü hücresel ağların altında yatan cihazdan cihaza iletişim için kaynak paylaşımı IEEE İletişim Sistemleri (ICCS), 2014: 16-20.
ALI S, NANDANA RAJATHEVA. Yer altı Aygıttan Aygıta iletişimde tam çift yönlü iletimlerin girişiminin etkisi. IEEE 14th Canadian Workshop on Information Theory (CWIT), 2015: 54-57.
CHENG W C, ZHANG X, ZHANG H L. 5G kablosuz ağlar üzerinden tam çift yönlü D2D iletişimleri için heterojen istatistiksel QoS provizyonu. 2015 IEEE Küresel İletişim Konferansı (GLOBECOM), 2014: 1-7.
