一種基于多小區公平性的D2D通信方法與流程

本發明涉及無線通信技術領域，特別地，涉及多小區基于分數頻率復用的一種蜂窩網絡中的d2d(device-to-device)通信系統復用蜂窩上行鏈路資源的模式選擇、資源分配及功率控制的通信方法。

背景技術：

隨著無線通信的快速發展以及多媒體業務的大量普及，移動互聯網成為了社會生活中不可或缺的重要組成部分；作為移動互聯網的主要載體，蜂窩通信系統承載的信息已經從文本、語音等簡單的格式，發展為圖片、視頻、語音等相結合的形式。這對蜂窩通信系統是一個極大的挑戰。

在分數頻率復用蜂窩網絡中引入d2d(device-to-device)通信系統可以在基站輔助下實現設備間短距離通信，具有提高頻譜效率、提高通信速率、減低小區負載、減少電池消耗、提高網絡qos。

圖1所示為蜂窩網絡中部分頻率復用小區結構示意圖。如圖所示，在多小區場景中，采用部分頻率復用的蜂窩網絡可以為不同小區的中心區域用戶分配同一頻率資源，而邊緣區域用戶分配不同的頻譜資源，這樣的資源分配方式可以有效的避免干擾；但是，邊緣蜂窩終端的信道條件仍然無法完全得到保證，部分蜂窩終端可能因為信道質量不好而嚴重影響其通信質量，而引入d2d通信，則由于其短距離通信的優點可以極大地改善這一問題，于是對于采用蜂窩模式還是d2d模式成為一個研究問題；并且，現有文獻基于部分頻率復用的蜂窩網絡，通過功率控制協調了蜂窩通信系統以及d2d系統之間的干擾，利用中斷概率確定了d2d終端的可接入區與可復用信道資源區；在對現有方法進行分析后，發現文獻所提方法未涉及到不同小區間d2d終端復用資源的協調，小區間d2d終端距離較近，在某些情況下可能產生資源競爭而導致部分d2d終端不能夠復用到資源，產生小區間d2d資源分配不公平的問題。

技術實現要素：

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明提供一種基于多小區公平性的d2d通信方法，為解決邊緣蜂窩終端信道條件差而導致正常通信受影響甚至不能夠通信和現在研究未涉及小區間的協調而導致的d2d對之間資源分配不均勻而導致的部分d2d終端無法獲取頻譜資源的問題。

該d2d通信方法包括根據速率提升比β^l最大化確定d2d終端數量；根據蜂窩終端的發射功率、所述蜂窩終端的sinr閾值以及所述d2d終端的sinr閾值，確定所述d2d終端最大發射功率；根據小區間公平性的方法進行所述d2d終端的資源分配。

為實現上述基于多小區公平性的d2d通信方法，其中，通過所述速率提升比β^l最大化確定所述d2d終端sinr閾值γd,min，具體包括：

根據所述速率提升比β^l確定所述蜂窩終端的sinr閾值γc,min，當γc,min增大，則判斷γc,min增大時，β^l增加是否成立；如判斷β^l增加，則γc,min增大；如判斷β^l減少，則γc,min減少；當γc,min減少時，則判斷β^l增加是否成立；如判斷β^l增加，則γc,min減少；如判斷β^l減少，則γc,min增大；

根據所述蜂窩終端sinr閾值γc,min確定所述d2d終端數量，根據所述小區l中所述蜂窩終端n的發射功率獲得所述蜂窩終端n的sinr值與滿足所述蜂窩終端正常通信sinr閾值γc,min比較，若滿足則以蜂窩方式通信；不滿足則轉為d2d模式通信，由此可得所述d2d終端的轉化率

式中，表示所述d2d終端數量，n^l表示小區中終端總量。

為實現上述基于多小區公平性的d2d通信方法，其中，所述速率提升比，

式中，n^l表示蜂窩終端數，和分別表示所述d2d終端生成前小區l內所述蜂窩終端的平均速率、所述d2d終端生成后小區l內所述蜂窩終端平均速率及所述d2d終端的平均速率。

為實現上述基于多小區公平性的d2d通信方法，其中，根據蜂窩終端的發射功率、蜂窩終端的sinr閾值以及所述d2d終端的sinr閾值，確定所述d2d終端最大發射功率，具體包括：

根據所述d2d終端復用每個rb的正常通信的sinr閾值γd,min獲得d2d終端最小發射功率

假定鄰小區所述蜂窩終端以最大發射功率獲得d2d發射端(d2d-tx)在此情況下最大發射功率確定d2d-tx的發射功率

式中，表示d2d-tx的最大發射功率。

為實現上述基于多小區公平性的d2d通信方法，其中，根據各小區所述蜂窩終端占用資源情況，由資源矩陣n′null獲得空閑資源矩陣n″d2d，

n″d2d∈{nnull,nfir,nsec}；

式中，nnull、nfir、nsec分別表示全空閑、以及空閑、二級空閑三種資源狀態，復用優先級排序，

為實現上述基于多小區公平性的d2d通信方法，其中，根據小區間公平性的方法進行所述d2d終端的資源分配，公平性指標

其中，表示為第l個小區的edu用戶平均速率，

式中，表示第l個小區中edu用戶速率集合，f表示小區中edu用戶總數，分別表示小區1、2、3中所述d2d終端平均速率；

為實現上述基于多小區公平性的d2d通信方法，其中，所述d2d終端資源分配：

獲取空閑資源矩陣n″d2d，小區l的所述d2d終端數目獲得d2d終端復用n″d2d中rb的sinr值并生成矩陣nsinr；小區l的調度優先級判斷小區l調度優先級是否最大；如果q最大，則為小區l分配rb；如判斷q不是最大，則轉向下一小區，直到確定q最大的小區l；搜尋sinr值最小的d2d終端k＝argmin{nsinr}，復用n″d2d中優先級最高的rb；直到所有rb均分配給d2d終端。

如上所述，本發明的基于多小區公平性的d2d通信方法，具有以下有益效果：

(1)合理配置小區中蜂窩終端與d2d終端的比例；

(2)協調不同小區間d2d終端的資源分配，保證d2d終端間資源配置的公平性。

附圖說明

圖1顯示為蜂窩網絡中d2d通信的一種應用場景示意圖；

圖2顯示為基于多小區公平性的d2d通信方法整體流程圖

圖3顯示為基于速率提升比最大化確定d2d終端數量流程圖。

具體實施方式

以下通過特定的具體事例說明本發明的具體實施方式，本領域技術人員可由本說明書所披露的內容輕易地了解本發明的其他優點和功效；本發明還可以通過其他不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各種細節也可以基于不同的觀點及應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種改變或修飾。

需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖示中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施的各組件的數目、形狀及比例可根據實際情況改變，且組件布局形態可能更為復雜。

本發明提供了一種基于多小區公平性的d2d通信方法，該方法如圖1所示，包括：

該系統為多小區分數頻率復用系統，其中，小區中心區域蜂窩終端占用f1頻譜資源，各小區中心區域資源相同，相鄰小區邊緣用戶分別分配f2、f3及f4三種頻譜資源；位于邊緣區域的蜂窩終端一定程度上避免了鄰小區干擾，但因處于小區邊緣，路徑損耗較大同樣存在一部分蜂窩終端信道條件不佳的情況。通過合理設定sinr閾值，將部分不能正常通信的蜂窩終端與鄰近終端組合為d2d對進行通信，可以在一定程度上改善以上問題；而對于多小區邊緣區域，因原有部分蜂窩終端轉為d2d方式通信，釋放部分資源，同時，d2d終端可以復用小區中蜂窩終端資源，因而不同小區間d2d終端間形成競爭關系，通過有效的功率控制以及資源分配手段可消除競爭帶來的資源分配不均。

如圖2所示，基于多小區公平性的d2d通信方法具體包括：

s11、初始化所述蜂窩終端sinr閾值γc,min，獲取小區l的所述d2d終端數目由此可得所述d2d終端的轉化率為

s12、獲取所述d2d終端的發射功率

s13、分別計算所述d2d終端生成前小區l內所述蜂窩終端的平均速率所述d2d終端生成后小區l內所述蜂窩終端平均速率及所述d2d終端的平均速率

由此，可得到d2d終端生成后小區l內所有終端的速率提升比例θ′l，

s14、以最大化為目標對所述d2d終端進行資源分配；

s15、隨著的提升，d2d終端獲得更多資源，系統整體速率會隨之改變。因此采用速率提升因子β^l表示d2d用戶比例的增加帶來小區內系統容量的改變，計算得到速率提升比β^l，

與s11、s13公式相結合，得到β^l表達式，

s16、根據所得到的β^l最大化的目標，計算及γc,min；根據重新獲得的及γc,min，計算d2d終端的發射功率，繼續下一步流程；

其中，s16根據速率提升比最大化的目標，計算d2d終端數量具體包括：

s161、初始化蜂窩終端sinr閾值γc,min，d2d終端數目速率提升比β^l；

s162、增大γc,min，d2d終端數目隨之上升；

s163、根據最大化為d2d終端分配資源；

s164、根據所獲得d2d終端的資源分配，d2d終端的發射功率，判定β^l是否增大；

s162、s164判斷則增大γc,min，d2d終端數目隨之上升，繼續下一步流程；

s165、s164判斷則減小γc,min，d2d終端數目隨之下降，繼續下一步流程；

s166、根據最大化為d2d終端分配資源；

s167根據所獲得d2d終端的資源分配，d2d終端的發射功率，判定β^l增大是否成立；

s165、s167判斷則減小γc,min，d2d終端數目隨之下降，繼續下一步流程；

s162、s167判斷則增大γc,min，d2d終端數目隨之上升，繼續下一步流程；

其中，s163(s166)以最大化為目標對所述d2d終端進行資源分配，具體包括：

s1631、初始化空閑資源矩陣n″d2d∈{nnull,nfir,nsec}；

式中，nnull、nfir、nsec分別表示全空閑、以及空閑、二級空閑三種資源狀態，復用優先級排序，

s1632、獲取各個d2d終端的信道狀態信息，確定每個d2d終端的調度優先級，具體地，

根據d2d終端信道增益信息從差到優依次排序，得到優先級從高到低排序為s＝{s1,s2,...,sj}，其中，s表示d2d終端優先級，j表示d2d終端數量；

s1633、根據小區中d2d終端數量確定小區調度優先級，具體地，

按照d2d終端數量從大到小排序，得到優先級從高到低依次表示為q∈{q1,q2,...,ql}，q表示小區優先級，l表示小區編號；

s1634、搜尋優先級q最高的小區，并優先為該小區的d2d終端分配資源，具體地，

若優先級最高的小區唯一，則直接為該小區d2d終端分配資源；若優先級最高的小區不唯一，則為多個優先級同樣的小區的d2d終端分配資源；

s1635、選擇優先級最高的d2d終端，并未其分配空閑資源矩陣n″d2d中優先級最高的rb，分配給所述d2d終端，該d2d終端本輪終止調度，n″d2d中該rb不再分配至其他d2d終端；

若所有待分配rb的d2d終端均以分配到rb，則結束本輪循環，并重新獲取各個d2d終端的信道狀態信息，確定每個d2d終端的調度優先級，并繼續下一流程；

s1636、根據空閑資源矩陣狀態，判定空閑資源矩陣是否調用完；

s1632、s1636判定則重新確定d2d各個終端的信道狀態信息，確定剩余每個d2d終端的調度優先級，并繼續下一步流程；

s1636判定為空閑資源矩陣已調用完。