蜂窩小區間d2d通信傳輸模式切換方法
【專利摘要】本發明公開了一種蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法，其特征在于根據蜂窩系統傳輸總可達速率最大化準則，蜂窩小區間的D2D用戶在傳統蜂窩通信模式、傳統D2D通信模式和雙向中繼D2D通信模式三種模式中動態切換，包括如下步驟：1）在各傳輸時段末，基站獲取蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾，基站對D2D用戶終端的干擾，D2D用戶間的距離信息以及信道狀態信息；2）根據步驟1）所獲信息，基站通過計算或查表得到干擾閾值及距離閾值，并基于此確定其最優傳輸模式；3）在下一傳輸時段對各用戶按其最優傳輸模式進行傳輸，在各傳輸時段末根據其信道變化動態切換傳輸模式。本方法綜合利用D2D通信系統物理參數，能有效提高蜂窩通信系統在各種傳輸條件下的性能。
【專利說明】蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法，屬于通信【技術領域】。
【背景技術】
[0002]未來蜂窩移動通信將面臨超清視頻傳輸與共享、在線游戲、基于地理位置的服務、以及海量設備互聯等多種高速移動互聯網數據業務。由于在營4G系統中提高小區吞吐量的方法，如增加新的頻譜資源、提升單鏈路的頻譜效率、挖掘空間復用增益等技術手段在現有小區架構下已達性能極限，需要大力發展新型無線傳輸技術和網絡架構，其中面向蜂窩移動通信系統的終端間通信(D2D)技術近年來引起了極大關注。
[0003]基于蜂窩網絡的終端間通信(D2D)的基本原理是在用戶終端間建立直接通信的鏈路，D2D通信不需要通過基站中轉，在兩用戶之間直接建立通信鏈路，且由于用戶之間一般距離較近，鏈路質量較高，可實現用戶間高速數據傳輸，大幅降低基站負載和提高小區吞吐率。與此同時，現有4G蜂窩系統中廣泛采用了中繼通信技術，由于該技術可大幅提升系統性能，十余年來一直是蜂窩移動通信的研究熱點。在基于蜂窩網絡的D2D通信系統中利用中繼技術可進一步提升D2D傳輸能力，有效地提高信號的抗衰落性能，產生空間分集增益和多跳傳輸增益，提高系統容量和傳輸可靠性。
[0004]傳輸模式切換是蜂窩移動通信研究的熱點問題之一，在傳統MMO無線通信技術的研究中存在單用戶與多用戶、空時編碼與空分復用、統計預編碼與瞬時預編碼、單向與雙向中繼等一系列傳輸模式切換理論方法，本發明將在這些研究的基礎上結合基于中繼的D2D通信系統的特點，設計出所需的模式切換策略，在研究路線和可實現性方面是有堅實保障的。基于如上所述的背景，本發明給出一種蜂窩小區間D2D通信傳輸模式的切換方法。
【發明內容】
[0005]發明目的:本發明提供一種蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法，可以根據用戶反饋及基站獲取的信道信息等對用戶傳輸模式進行動態配置，從而保證蜂窩系統在各種信道條件下的性能，有效提高系統的可達速率。
[0006]技術方案:一種蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法，具體包括以下步驟:
[0007]步驟一、在各傳輸時段末，基站獲取蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和ΣΙ。，基站對D2D用戶終端的干擾總和Σ IB, D2D用戶間的距離信息d12，以及各信道狀態信息；
[0008]步驟二、基站根據步驟一中所獲得的D2D用戶間的距離信息d12，計算D2D用戶間的距離參數β ;
[0009]步驟三、對于一對D2D用戶，基站通過將蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ip以及D2D用戶間的距離參數β與計算得到的閾值相比較，確定能使蜂窩系統傳輸總可達速率最大化的最優傳輸模式；
[0010]對于D2D用戶，按照其最優傳輸模式分為三大類，分別為傳統D2D通信模式，以下記為模式A ;傳統蜂窩通信模式，以下記為模式B ;以及雙向中繼D2D通信模式，以下記為模式c.[0011 ] 步驟四、在下一傳輸時段，對于步驟三中所述模式類A、B、C內的用戶，在每一傳輸時刻反饋其信道狀態信息并進行相應的模式傳輸；
[0012]步驟五、在本傳輸時段末，返回步驟一，并順次實施后續步驟，根據各用戶信道狀態的變化對各用戶所在的傳輸模式組進行動態切換，并進行下一傳輸階段，直到整個傳輸過程結束。
[0013]上述的方法，其中，在所述步驟一中，在各傳輸時段末，基站獲取蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和ΣΙ。，基站對D2D用戶終端的干擾總和ΣΙβ，D2D用戶間的距離信息d12，以及各信道狀態信息。其中，蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ I。包括本小區以及鄰小區的蜂窩用戶對D2D用戶的干擾之和，基站對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ib包括本小區以及鄰小區的基站對D2D用戶的干擾之和，信道狀態信息包括D2D用戶與中繼之間，D2D用戶與基站之間及D2D用戶之間的信道矩陣。
[0014]上述的方法，其中，在所述步驟二中，基站根據步驟一中所獲得的D2D用戶間的距離信息，計算D2D用戶間的距離參數β，D2D用戶間的距離參數β根據D2D用戶間的距離與D2D用戶到基站的距離之比來定義。
[0015]上述的方法，其中，在所述步驟三中，對于一對D2D用戶，基站通過將蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和ΣΙ。，以及D2D用戶間的距離參數β與計算得到的閾值相比較，將D2D用戶按照其最優傳輸模式分為傳統D2D通信模式Α，傳統蜂窩通信模式B及雙向中繼D2D通信模式C三種傳輸模式，分組步驟如下:
[0016]步驟31:當蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ I。大于干擾閾值G時，進一步檢查D2D用戶間的距離參數β，若β大于第一距離參數閾值Q1，則用戶傳輸模式設定為模式B ;若β小于第一距離參數閾值Q1且大于第二距離參數閾值Q2，則用戶傳輸模式設定為模式C ;否則，用戶傳輸模式設定為模式A ;
[0017]步驟32:當蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ic小于干擾閾值G時，進一步檢查D2D用戶間的距離參數β，若β大于第三距離參數閾值Q3，則用戶傳輸模式設定為模式B;若β小于第三距離參數閾值Q3且大于第四距離參數閾值Q4，則用戶傳輸模式設定為模式A ;否則，用戶傳輸模式設定為模式C.[0018]上述的方法，其中，在所述步驟三中，干擾閾值G與D2D用戶與中繼之間的信道狀態信息，以及基站對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ib的取值有關；距離參數閾值Qp Q2> Q3和Q4與蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ I。、基站對D2D用戶終端的干擾總和Σ ΙΒ，以及各信道狀態信息的取值有關；干擾閾值G,以及距離參數閾值Qp Q2> Q3和Q4通過預先推導出的傳輸模式切換閾值的閉式表達或離線仿真結果來確定其計算方法。
[0019]上述的方法，其中，在所述步驟四中，在下一傳輸時段，對于步驟三中所述模式類A、B、C內的用戶，在每一傳輸時刻反饋其信道狀態信息并進行相應的模式傳輸。具體來說，各傳輸模式組內的D2D用戶采用如下傳輸方式:對于模式A內的用戶，采用傳統D2D通信模式進行傳輸；對于模式B內的用戶，采用傳統蜂窩通信模式進行傳輸；對于模式C內的用戶，采用雙向中繼D2D通信模式進行傳輸。
[0020]上述的方法，其中，在所述步驟五中，在本傳輸時段結束時，根據用戶更新后的蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ I。、基站對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ib，以及各信道狀態信息對其傳輸模式進行切換，并在下一傳輸時段根據新的模式分配情況按照相應方案進行傳輸。每一傳輸時段的時長可根據蜂窩系統所處環境靈活配置。
[0021]有益效果:本發明實施例提供的蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法，具有如下優點:
[0022]1、本方法綜合考慮了傳統蜂窩通信模式，傳統D2D通信模式及雙向中繼D2D通信模式共三種傳輸模式，使得在不同的干擾情況下，在D2D用戶間的距離發生變化時，都可以相應的改變傳輸模式，以達到較好的系統性能。
[0023]2、本方法復雜度低，通過將所關注的參數與預設閾值比較即可完成傳輸模式切換。閾值是根據理論解與或者離線仿真結果得出，可靠性高。
[0024]3、本方法能夠充分利用信道狀態信息，自適應地進行傳輸模式切換，在某些情況下可大大提高蜂窩系統可達總速率，提高了蜂窩系統資源的利用效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法中傳輸時段劃分以及實施步驟的一個實施例的流程圖；
[0026]圖2為本發明蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法中模式切換模塊一個實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0028]蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法，具體包括以下步驟:
[0029]步驟一、在各傳輸時段末，基站獲取蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和ΣΙ。，基站對D2D用戶終端的干擾總和Σ IB, D2D用戶間的距離信息d12，以及各信道狀態信息；
[0030]步驟二、基站根據步驟一中所獲得的D2D用戶間的距離信息，計算D2D用戶間的距離參數β ;
[0031]步驟三、對于一對D2D用戶，基站通過將蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ip以及D2D用戶間的距離參數β與計算得到的閾值相比較，確定能使蜂窩系統傳輸總可達速率最大化的最優傳輸模式；
[0032]對于D2D用戶，按照其最優傳輸模式分為三大類，分別為傳統D2D通信模式，以下記為模式Α;傳統蜂窩通信模式，以下記為模式B;以及雙向中繼D2D通信模式，以下記為模式C.[0033]步驟四、在下一傳輸時段，對于步驟三中所述模式類Α、B、C內的用戶，在每一傳輸時刻反饋其信道狀態信息并進行相應的模式傳輸；
[0034]步驟五、在本傳輸時段末，返回步驟一，并順次實施后續步驟，根據各用戶信道狀態的變化對各用戶所在的傳輸模式組進行動態切換，并進行下一傳輸階段，直到整個傳輸過程結束。
[0035]上述的方法，其中，在步驟一中，在各傳輸時段末，基站獲取蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ic,基站對D2D用戶終端的干擾總和Σ IB, D2D用戶間的距離信息d12，以及各信道狀態信息。其中，蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ、包括本小區以及鄰小區的蜂窩用戶對D2D用戶的干擾之和，基站對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ib包括本小區以及鄰小區的基站對D2D用戶的干擾之和，信道狀態信息包括D2D用戶與中繼之間，D2D用戶與基站之間及D2D用戶之間的信道矩陣。
[0036]上述的方法，其中，在步驟二中，基站根據步驟一中所獲得的D2D用戶間的距離信息，計算D2D用戶間的距離參數β。D2D用戶間的距離參數β根據D2D用戶間的距離與D2D用戶到基站的距離之比來定義。
[0037]上述的方法，其中，在所述步驟三中，對于一對D2D用戶，基站通過將蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和ΣΙ。，以及D2D用戶間的距離參數β與計算得到的閾值相比較，將D2D用戶按照其最優傳輸模式分為傳統D2D通信模式Α，傳統蜂窩通信模式B及雙向中繼D2D通信模式C三種傳輸模式，分組步驟如下:
[0038]步驟I):當蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ I。大于干擾閾值G時，進一步檢查D2D用戶間的距離參數β，若β大于第一距離參數閾值Q1，則用戶傳輸模式設定為模式B ;若β小于第一距離參數閾值Q1且大于第二距離參數閾值Q2，則用戶傳輸模式設定為模式C ;否則，用戶傳輸模式設定為模式A ;
[0039]步驟2):當蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ic小于干擾閾值G時，進一步檢查D2D用戶間的距離參數β，若β大于第三距離參數閾值Q3，則用戶傳輸模式設定為模式B;若β小于第三距離參數閾值Q3且大于第四距離參數閾值Q4，則用戶傳輸模式設定為模式A ;否則，用戶傳輸模式設定為模式C.[0040]上述的方法，其中，在所述步驟三中，干擾閾值G與D2D用戶與中繼之間的信道狀態信息，以及基站對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ib的取值有關；距離參數閾值Qp Q2> Q3和Q4與蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ I。、基站對D2D用戶終端的干擾總和Σ ΙΒ，以及各信道狀態信息的取值有關；干擾閾值G,以及距離參數閾值Qp Q2> Q3和Q4通過預先推導出的傳輸模式切換閾值的閉式表達或離線仿真結果來確定其計算方法。
[0041 ] 上述的方法，其中，在步驟四中，在下一傳輸時段，對于步驟三中所述模式類A、B、C內的用戶，在每一傳輸時刻反饋其信道狀態信息并進行相應的模式傳輸。具體來說，各傳輸模式組內的D2D用戶采用如下傳輸方式:對于模式A內的用戶，采用傳統D2D通信模式進行傳輸；對于模式B內的用戶，采用傳統蜂窩通信模式進行傳輸；對于模式C內的用戶，采用雙向中繼D2D通信模式進行傳輸。
[0042]上述的方法，其中，在步驟五中，在本傳輸時段結束時，根據用戶更新后的蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ I。、基站對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ib,以及各信道狀態信息對其傳輸模式進行切換，并在下一傳輸時段根據新的模式分配情況按照相應方案進行傳輸。每一傳輸時段的時長可根據蜂窩系統所處環境靈活配置。
[0043]本發明實施例提供的蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法，可以根據基站、蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾以及信道狀況，有效的在傳統蜂窩通信模式，傳統D2D通信模式及雙向中繼D2D通信模式三種傳輸模式中靈活切換，從而顯著提高蜂窩系統在各種環境下的可達速率。
[0044]圖1為本發明蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法中傳輸時段劃分以及實施步驟的一個實施例的流程圖。該方法包括以下步驟:
[0045]步驟101:在傳輸時段1，基站按照D2D用戶當前傳輸模式對其進行傳輸；
[0046]步驟102:在傳輸時段I結束時，對D2D用戶進行傳輸模式切換。基站獲取蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾，基站對D2D用戶終端的干擾，D2D用戶間的距離信息以及信道狀態信息；基站計算D2D用戶間的距離參數；
[0047]步驟103:基站通過將蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和以及D2D用戶間的距離參數與預設閾值比較，確定下一傳輸時段中用戶的最優傳輸模式；
[0048]步驟104:在步驟103結束后，進入下一傳輸時段2，對D2D用戶按最優模式進行傳輸。
[0049]圖2為本發明蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法中模式切換模塊一個實施例的流程圖。具體包括如下步驟:
[0050]步驟201:基站獲取蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ic, D2D用戶間的距離參數β，以及各信道狀態信息；
[0051]步驟202:檢測Σ Ic是否大于干擾閾值G ;若大于干擾閾值G，則執行步驟203 ;否貝U，執行步驟204 ；
[0052]步驟203:檢測D2D用戶間的距離參數β是否大于第一距離參數閾值Q1 ;若大于，則執行步驟205 ;否則執行步驟206 ；
[0053]步驟204:檢測D2D用戶間的距離參數β是否大于第三距離參數閾值Q3 ;若大于，則執行步驟205 ;否則執行步驟207 ；
[0054]步驟205:設定D2D用戶傳輸模式為模式B，即傳統蜂窩通信模式傳輸；
[0055]步驟206:檢測D2D用戶間的距離參數β是否大于第二距離參數閾值Q2 ;若大于，則執行步驟208 ;否則執行步驟209 ；
[0056]步驟207:檢測D2D用戶間的距離參數β是否大于第四距離參數閾值Q4 ;若大于，則執行步驟209 ;否則執行步驟208 ；
[0057]步驟208:設定D2D用戶傳輸模式為模式C，即雙向中繼D2D通信模式傳輸；
[0058]步驟209:設定D2D用戶傳輸模式為模式Α，即傳統D2D通信模式傳輸。
【權利要求】
1.一種蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法，其特征在于，該方法涉及的蜂窩系統包括兩個小區，每個小區內有一個基站，一個蜂窩用戶和一個D2D用戶；整個傳輸過程分為數個傳輸時段，在每個傳輸時段末，基站獲取蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和，基站對D2D用戶終端的干擾總和，D2D用戶間的距離信息，以及各信道狀態信息，通過所述信息確定D2D用戶間通信的最優傳輸模式，在下一傳輸時段，基站對D2D用戶間通信采用相應的最優傳輸模式進行傳輸。
2.根據權利要求1所述的蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法，其特征在于:該方法具體包括以下步驟: 步驟一、在各傳輸時段末，基站獲取蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ic,基站對D2D用戶終端的干擾總和Σ IB, D2D用戶間的距離信息d12，以及各信道狀態信息； 步驟二、基站根據步驟一中所獲得的D2D用戶間的距離信息，計算D2D用戶間的距離參數β ; 步驟三、對于一對D2D用戶，基站通過將蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和ΣΙ。，以及D2D用戶間的距離參數β與計算得到的閾值相比較，確定能使蜂窩系統傳輸總可達速率最大化的最優傳輸模式； 對于D2D用戶，按照其最優傳輸模式分為三大類，分別為傳統D2D通信模式，以下記為模式Α;傳統蜂窩通信模式，以下 記為模式B;以及雙向中繼D2D通信模式，以下記為模式C.步驟四、在下一傳輸時段，對于步驟三中所述模式類Α、B、C內的用戶，在每一傳輸時刻反饋其信道狀態信息并進行相應的模式傳輸； 步驟五、在本傳輸時段末，返回步驟一，并順次實施后續步驟，根據各用戶信道狀態的變化對各用戶所在的傳輸模式組進行動態切換，并進行下一傳輸階段，直到整個傳輸過程結束。
3.根據權利要求2所述的蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法，其特征在于:步驟一中，在各傳輸時段末，基站獲取蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ I。，基站對D2D用戶終端的干擾總和Σ IB, D2D用戶間的距離信息d12,以及各信道狀態信息； 其中，蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ I。包括本小區以及鄰小區的蜂窩用戶對D2D用戶的干擾之和，基站對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ib包括本小區以及鄰小區的基站對D2D用戶的干擾之和，信道狀態信息包括D2D用戶與中繼之間，D2D用戶與基站之間及D2D用戶之間的信道矩陣。
4.根據權利要求2所述的蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法，其特征在于:步驟二中，基站根據步驟一中所獲得的D2D用戶間的距離信息，計算D2D用戶間的距離參數β ； D2D用戶間的距離參數β根據D2D用戶間的距離與D2D用戶到基站的距離之比來定義。
5.根據權利要求2所述的蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法，其特征在于:步驟三中，對于一對D2D用戶，基站通過將蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ic,以及D2D用戶間的距離參數β與計算得到的閾值相比較，將D2D用戶按照其最優傳輸模式分為傳統D2D通信模式Α，傳統蜂窩通信模式B及雙向中繼D2D通信模式C三種傳輸模式，分組步驟如下: 步驟31:當蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ic大于干擾閾值G時，進一步檢查D2D用戶間的距離參數β，若β大于第一距離參數閾值Q1，則用戶傳輸模式設定為模式B;若β小于第一距離參數閾值Q1且大于第二距離參數閾值Q2，則用戶傳輸模式設定為模式C ;否則，用戶傳輸模式設定為模式A ; 步驟32:當蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ic小于干擾閾值G時，進一步檢查D2D用戶間的距離參數β，若β大于第三距離參數閾值Q3，則用戶傳輸模式設定為模式B;若β小于第三距離參數閾值Q3且大于第四距離參數閾值Q4，則用戶傳輸模式設定為模式A ;否則，用戶傳輸模式設定為模式C。
6.根據權利要求2所述的蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法，其特征在于:步驟三中，干擾閾值G與D2D用戶與中繼之間的信道狀態信息，以及基站對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ib的取值有關；距離參數閾值Qp Q2> Q3和Q4與蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和Σ I。、基站對D2D用戶終端的干擾總和Σ Ib,以及各信道狀態信息的取值有關； 干擾閾值G，以及距離參數閾值Qp Q2、Q3和Q4通過預先推導出的傳輸模式切換閾值的理論解或者離線仿真結果表達來確定其計算方法。
7.根據權利要求2所述的蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法，其特征在于:步驟四中，在下一傳輸時段，對于步驟三中 所述模式類A、B、C內的用戶，在每一傳輸時刻反饋其信道狀態信息并進行相應的模式傳輸。
8.根據權利要求7所述的蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法，其特征在于:各傳輸模式組內的D2D用戶采用如下傳輸方式:對于模式A內的用戶，采用傳統D2D通信模式進行傳輸；對于模式B內的用戶，采用傳統蜂窩通信模式進行傳輸；對于模式C內的用戶，采用雙向中繼D2D通信模式進行傳輸。
9.根據權利要求2所述的蜂窩小區間D2D通信傳輸模式切換方法，其特征在于:步驟五中，在本傳輸時段結束時，根據用戶更新后的蜂窩用戶對D2D用戶終端的干擾總和ΣΙ。基站對D2D用戶終端的干擾總和ΣΙβ，以及各信道狀態信息對其傳輸模式進行切換，并在下一傳輸時段根據新的模式分配情況按照相應方案進行傳輸；每一傳輸時段的時長根據蜂窩系統所處環境配置。
【文檔編號】H04W36/00GK103763744SQ201410031878
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】倪藝洋, 喬丹, 金石, 朱洪波 申請人:東南大學