一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，該方法利用終端直通技術之間的短距離特性可以獲得較好的信道，并且具有較低的衰落，省去了基站為其轉發數據的開銷，本發明提出了D2D終端協作通信，利用通信終端周邊的空閑用戶作為其輔助天線，構成虛擬MIMO發送Alamouti空時碼獲取分集增益；由于體積功耗的限制，實際的終端想要集成多個天線是個困擾的問題；D2D技術的出現使得終端可以利用周邊的用戶構成虛擬天線陣列，由于終端與周邊空閑用戶的距離較近，因此可以獲得較好的信道，使得信號如同從同一終端發射；同時在接收端，利用周邊空閑用戶構成接收陣列可以進一步提升系統性能。
【專利說明】一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及計算機通信【技術領域】，特別涉及一種基于終端直通的虛擬多入多出通 "[目方法。
【背景技術】
[0002]Device-to-Device (D2D)通信技術是兩個用戶在通信的過程中建立直接鏈路而不 需要經過基站轉發的一種通信方式。D2D通信可以減輕基站因轉發數據帶來的負擔，并且可 以使D2D通信用戶復用小區內傳統蜂窩用戶資源來提高資源利用率，從而達到整個小區吞 吐量的提升。D2D技術的提出帶來新的問題:D2D通信需要建立在基站控制基礎之上，主叫 用戶本身無法發現被叫用戶，因此需要基站協助，并且基站對其進行合適的資源分配；在基 站分配給D2D與蜂窩相同資源時，被復用蜂窩用戶由于與D2D通信占用相同的資源(時間 或頻率)，使得這兩種通信之間存在相互干擾；用戶設備的體積功耗限制使D2D通信的距離 不能太大。MIMO技術可以獲得分集增益，將MIMO技術應用到D2D通信中是下一代通信技術 研究的一個重要方向。但實際應用中，手機由于功耗體積等問題只適合配備單天線。利用 協作方式將多個空閑用戶設備做中繼構成虛擬MMO可以獲得分集增益。我們研究了將多 中繼協作的兩種不同方法應用到D2D通信中時的系統性能。
[0003]為了解決D2D中的問題如用戶設備的體積功耗限制使D2D通信的距離不能太大， 由于距離的限制使得D2D通信可以應用的場景少，本發明利用了 D2D通信的短距離將周邊 用戶作為自身的虛擬天線，能夠很好地解決上面的問題。
【發明內容】
[0004]本發明目的在于提供了一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，該方法利用 D2D鏈路構建虛擬MMO獲取空間分集，根據協作節點能力內考慮兩種不同的協作方式，使 其進一步增強了性能，本發明給出了實現虛擬MIMO的詳細方法以及信令流程。
[0005]本發明解決其技術問題所采取的技術方案是:本發明提供了一種基于終端直通的 虛擬多入多出通信方法，該方法是一種在蜂窩用戶與D2D用戶共存時，通信用戶利用D2D鏈 路構建虛擬MMO通信簇以獲取分集增益。發明包括了 D2D虛擬MMO建立信令流程，給出 了在蜂窩系統下構建虛擬MMO的實現方案。根據協作用戶不同位置，對兩種不同協作模式 進行了分析，具有實際價值。
[0006]蜂窩系統下基于D2D的虛擬MMO通信建立的方法流程如下:
[0007]步驟一:S向基站發起尋呼D的消息；
[0008]步驟二:基站發現S、D位于同一區域(小區)，基站廣播D2D探測命令；
[0009]步驟三:S廣播D2D探測信令，D根據接收信號強弱反饋給S (假設Qos介于某個 范圍內，范圍需要計算，不能滿足條件);
[0010]步驟四:S周圍空閑節點在S廣播探測信號期間監聽，判斷是否能夠作為S的協作 節點，類似D周圍空閑節點在D反饋信號期間監聽；[0011]步驟五:當S、D發起協作請求信令時，最優空閑節點將會在簇內反饋接受請求信息；
[0012]步驟六:S、D向基站發起D2D資源請求信息，基站根據情況分配合適的信道；
[0013]步驟七:簇內建立同步并開始D2D通信。
[0014]其中，本發明所述方法是利用D2D通信的短距離可靠特性將距離較近的用戶構成虛擬MMO陣列來獲得分集增益的性能，通信分為三個階段:(I)發送協作；(2)簇間通信；
(3)接收協作。本發明根據發送簇能否解碼分為解碼轉發(DF)及放大轉發(AF)空時編碼方法。
[0015]本發明根據接收簇內對實際信號的接收情況的三種不同處理方式:(I)目的端正確解碼，不需要協作；(2)目的端不能正確解碼，協作端正確解碼，則協作端將解碼信號發送給目的端；(3)協作簇內均不能正確解碼，則協作端將接收到的信號采用放大轉發在目的端最大比合并。
[0016]有益效果:
[0017]1、本發明使得單個終端因體積功耗限制不能集成多天線的問題得到很好地解決，單個終端在協作用戶的幫助下具備了多天線性能。
[0018]2、本發明單天線設備具備了 MIMO通信能力，對于提升因單個設備能力有很大地幫助，可以擴展下一代通信的業務。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明虛擬MMO通信模型圖。
[0020]圖2為本發明Alamouti虛擬MMO場景圖。
[0021]圖3為本發明LTE下采用虛擬MIMO通信的信令流程圖。
[0022]圖4為本發明理想的協作區域劃分圖。
[0023]圖5為本發明協作節點分布不同位置時目的端信噪比分布圖。
【具體實施方式】
[0024]以下結合說明書附圖對本發明專利作進一步的詳細說明。
[0025]實施例一
[0026]如圖3所示，本發明提供了一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，該方法是一種在蜂窩用戶與D2D用戶共存時，通信用戶利用D2D鏈路構建虛擬MMO通信簇以獲取分集增益。發明包括了 D2D虛擬MMO建立信令流程，給出了在蜂窩系統下構建虛擬MMO的實現方案。根據協作用戶不同位置，對兩種不同協作模式進行了分析，具有實際價值。
[0027]蜂窩系統下基于D2D的虛擬MMO通信建立的方法流程如下:
[0028]步驟一:S向基站發起尋呼D的消息；
[0029]步驟二:基站發現S、D位于同一區域(小區)，基站廣播D2D探測命令；
[0030]步驟三:S廣播D2D探測信令，D根據接收信號強弱反饋給S (假設Qos介于某個范圍內，范圍需要計算，不能滿足條件);
[0031]步驟四:S周圍空閑節點在S廣播探測信號期間監聽，判斷是否能夠作為S的協作節點，類似D周圍空閑節點在D反饋信號期間監聽；[0032]步驟五:當S、D發起協作請求信令時，最優空閑節點將會在簇內反饋接受請求信息；
[0033]步驟六:S、D向基站發起D2D資源請求信息，基站根據情況分配合適的信道；
[0034]步驟七:簇內建立同步并開始D2D通信。
[0035]其中，本發明所述方法是利用D2D通信的短距離可靠特性將距離較近的用戶構成虛擬MMO陣列來獲得分集增益的性能，通信分為三個階段:(I)發送協作；⑵簇間通信；
(3)接收協作。本發明根據發送簇能否解碼分為解碼轉發(DF)及放大轉發(AF)空時編碼方法。
[0036]本發明根據接收簇內對實際信號的接收情況的三種不同處理方式:(I)目的端正確解碼，不需要協作；(2)目的端不能正確解碼，協作端正確解碼，則協作端將解碼信號發送給目的端；(3)協作簇內均不能正確解碼，則協作端將接收到的信號采用放大轉發在目的端最大比合并。
[0037]實施例二
[0038]1、D2D 虛擬 MMO 模型
[0039]圖1為虛擬MMO通信模型，圖中S為會話請求方，D為目的方。S，D想要建立會話連接，但兩者之間的直接鏈路不能滿足通信要求(但是距離目標值差距不大)。在S，D的周圍存在若干空閑用戶。S與近距離空閑用戶SI，S2……Sn構成發送虛天線陣列，我們稱為發送簇，D與D1，D2……Dn構成接收天線陣列，接收簇。發送簇復用蜂窩用戶C-UEl的資源，接收簇復用蜂窩用戶C-UE2的資源。接收簇與發送簇使用專用的資源以減少干擾。
[0040]2、簇間通信
[0041]2.1基于解碼的Alamouti虛擬MIMO通信
`[0042]收發簇之間采用正交的空時編碼進行通信。我們對最簡單的兩發兩收Alamouti 收發方法進行研究，如圖2所示，假設發送簇由S、SI構成，接收簇由D、Dl構成。
[0043]通信分為3個階段:
[0044]第一階段，發送協作。S將要發的信息[sO，Si]發給協作節點SI。
[0045]Y1 = hssl [s0, S1] +hclscl+n0 ； (I)
[0046]SI對其進行解碼，SI端信噪比為
—I,2s11 Pdid'
[_ ^ = \h I2P +N
IrtCl I 廠el 十 JV 0./2)
[0048]第二階段，簇間通信。S跟SI建立同步后向目的簇按照Almouti空時編碼發信息。
[0049]Alamouti空時編碼如表2所示,發送分兩個時隙。
[0050]第三階段，接收協作。D和Dl單獨解碼，
[0051](I)若D能解碼，則不需要Dl的輔助，
[0052](2)若D解碼失敗，Dl會將解碼信號發給D，
[0053]yD = hD1D [s0, S1] +hc2sc2+n0 ； (3)
\^D\D I ^DlD,
[0054]Yd =~-7-1,' 21 尸 2 + #0.(4)[0055](3)若兩者解碼均失敗，則Dl將接收信號以AF方式轉發給D，在D端進行最大比合并。[0056]
【權利要求】
1.一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟: 步驟一:S向基站發起尋呼D的消息； 步驟二:基站發現S、D位于同一區域，基站廣播D2D探測命令； 步驟三:S廣播D2D探測信令，D根據接收信號強弱反饋給S ； 步驟四:S周圍空閑節點在S廣播探測信號期間監聽，判斷是否能夠作為S的協作節點，類似D周圍空閑節點在D反饋信號期間監聽； 步驟五:當S、D發起協作請求信令時，最優空閑節點將會在簇內反饋接受請求信息； 步驟六:S、D向基站發起D2D資源請求信息，基站根據情況分配合適的信道； 步驟七:簇內建立同步并開始D2D通信。
2.根據權利要求書I所述的一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于:所述方法步驟二中的同一區域為小區。
3.根據權利要求書I所述的一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于:所述方法的步驟三包括:假設Qos介于某個范圍內，范圍需要計算，不能滿足條件。
4.根據權利要求書I所述的一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于:所述方法是蜂窩系統下基于D2D的虛擬MIMO通信方法。
5.根據權利要求書I所述的一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于:所述方法是一種蜂窩用戶與D2D用戶共存的方法。
6.根據權利要求書I所述的一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于，所述方法是利用D2D通信的短距離將距離較近的用戶構成虛擬MIMO陣列。
7.根據權利要求書I所述的一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于，所述方法的通信三個階段為:(I)發送協作；(2)簇間通信；(3)接收協作。
8.根據權利要求書I所述的一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于:所述方法根據發送簇能否解碼分為解碼轉發及放大轉發空時編碼。
9.根據權利要求書I所述的一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于，所述方法根據接收簇內對實際信號的接收情況的三種不同處理方式為:(I)目的端正確解碼，不需要協作；(2)目的端不能正確解碼，協作端正確解碼，則協作端將解碼信號發送給目的端；(3)協作簇內均不能正確解碼，則協作端將接收到的信號采用放大轉發在目的端最大比合并。
【文檔編號】H04L1/06GK103580814SQ201310471018
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月10日 優先權日:2013年10月10日
【發明者】邵世祥, 姜浩, 孫君 申請人:南京郵電大學