[發明專利]反射面輔助的設備到設備通信系統設計方法

有效

• 申請號: 202010096077.9
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111314893B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 梁應敞;楊剛;廖雅婷
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04W4/70
• 分類號: H04W4/70;H04W16/14;H04W24/02;H04B7/145
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種反射面輔助的設備到設備通信系統設計方法。本發明的方案是，基站接收到來自蜂窩用戶的有用信號、以及來自復用相同頻段的D2D發送設備的干擾信號；D2D接收設備接收到來自相應D2D發送設備的有用信號、以及來自共享相同頻段的蜂窩用戶的干擾信號。本發明通過啟發式方法來確定D2D對與蜂窩用戶的配對方案，并聯合優化D2D鏈路和蜂窩鏈路的發送功率、以及反射面被動式波束賦形，在滿足D2D用戶及蜂窩用戶通信速率要求的情況下，實現系統和速率最大化。通過仿真驗證，本發明在不影響傳統蜂窩系統正常通信、且不額外增加能量、頻譜和成本開銷的情況下，大幅提升系統和速率，具有很強的應用價值以及發展潛力。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種反射面輔助的設備到設備通信系統設計方法。

背景技術

設備到設備(Device-to-Device，D2D)通信作為一種新型通信技術，允許設備在無基站(Base Station，BS)參與情況下，利用蜂窩授權頻段與其相鄰設備進行通信。具體來說，設備之間直接通信而無需通過基站中轉，減輕了基站負載，降低了通信開銷和傳輸延遲。D2D設備和蜂窩用戶共用頻譜資源，提高了整體網絡的頻譜效率，使系統能夠容納更多用戶。此外，D2D通信可用于形成應急通信網絡，從而提高網絡基礎設施的魯棒性。然而，在一個密集部署的D2D通信網絡中，同一授權頻帶內工作的鏈路之間存在不可忽略的干擾，高效的干擾管理是提升網絡容量的關鍵所在。

另一方面，智能反射面(Intelligent Reflecting Surface，IRS)(后文中也簡稱反射面)作為一種高頻譜效率、高能量效率以及成本低廉的技術，近年來引起了學術界和工業界的廣泛關注。反射面由大量的無源低成本反射單元組成，每個反射單元可以被動地調整入射信號的幅度和相位并進行反射。因此，通過合理設計每個反射元件的反射系數(幅度和相移)，無線傳播環境可被智能重構，以達到有用信號增強、干擾抑制以及安全傳輸等目的。

因此，引入被動式的智能反射面是解決現有D2D通信網絡干擾嚴重、速率低等問題的富有前景的技術途徑。在傳統D2D通信系統中加入反射面，通過調整反射面反射單元的反射系數來控制反射電磁波信號，對無線傳播環境進行智能重構，以增強有用信號強度并抑制鏈路間干擾，從而提高網絡容量。

發明內容

本發明的主要內容是提出一種反射面輔助的D2D通信系統，以及一種D2D設備對與蜂窩用戶配對、發送設備功率分配、以及反射面被動式波束賦形的聯合優化設計方法。

本發明采用的技術方案為反射面輔助的D2D通信系統：組成結構如圖1所示，包括N個D2D設備對、K(K≥N)個蜂窩用戶、一個基站以及一個智能反射面。智能反射面包含M個無源反射單元及一個與其相連的控制器；其中，控制器可以動態調整每個反射單元的反射系數(幅度和相位偏移)，以智能地重構無線通信環境。

反射面輔助的D2D通信系統的基本工作原理是：在反射面輔助的D2D通信系統中，每個蜂窩用戶(Cellular User，CU)的信道正交，一個D2D設備對至多復用一個蜂窩用戶的頻率資源，且一個蜂窩用戶至多與一個D2D設備對共享頻率資源。其中，每個反射單元調整如何反射，反射面的控制器動態地調整每個反射單元的反射系數，以改變反射信號的幅度和相位，實現有用信號增強和鏈路間干擾抑制；接收信號來自直接鏈路、以及經過反射面的反射鏈路。第k(k≤K)個蜂窩用戶CU_k向基站發送信號,表示為s_k；第n(n≤N)個D2D發送設備向D2D接收設備發送信號，表示為x_n。基站不僅可以收到來自蜂窩用戶、以及D2D發送設備的直接鏈路信號，也可以收到來自反射面的反射鏈路信號，將兩路信號疊加后將干擾信號視為噪聲進行解碼；同理D2D接收設備不僅可以收到來自蜂窩用戶、以及D2D發送設備的直接鏈路信號，也可以收到來自反射面的反射鏈路信號。

基站接收到來自蜂窩用戶的有用信號、以及來自復用相同頻段的D2D發送設備的干擾信號，基站處的接收信號可表示為