一種應用于蜂窩網絡的D2D通信模式選擇方法與流程

本發明屬于通信技術領域，尤其涉及一種應用于蜂窩網絡的d2d通信模式選擇方法。

背景技術：

d2d(device-to-device)通信技術允許用戶之間直接傳輸數據而不用經過基站轉發，以此來提高用戶傳輸速率，降低網絡負載。d2d通信模式又可以分為復用模式、專用模式和蜂窩模式。使用復用模式的d2d用戶通信共享小區內其他蜂窩用戶的頻譜資源，該模式可以有效提高頻譜資源利用率，但由于使用相同的頻譜資源使得d2d用戶和蜂窩用戶之間會產生干擾。使用專用模式的d2d用戶使用與蜂窩用戶正交的專用頻譜資源，該模式下d2d用戶與蜂窩用戶之間沒有干擾，但使用專用資源不利于提高資源利用率。使用蜂窩模式的d2d用戶與傳統蜂窩用戶一樣通過基站轉發數據。

需要通過為d2d用戶選擇合適的通信模式來降低干擾、提高用戶速率和頻譜資源利用率。現有的模式選擇算法中，基于距離的模式選擇策略會對蜂窩用戶產生干擾，最小化d2d用戶發射功率的策略則會導致d2d通信速率較低。

蜂窩小區間d2d通信傳輸模式切換方法(申請號：201410031878.1)公開的技術方案為，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。該專利將數據傳輸過程劃分成數個時段，并在每個時段傳輸結束后進行一次模式選擇，這種人為劃分降低了數據傳輸效率，并且多次進行模式選擇提高了模式選擇的計算開銷。

技術實現要素：

針對上述技術問題，本發明提出了一種應用于蜂窩網絡的d2d通信模式選擇方法，在d2d通信中為d2d用戶選擇合適的通信模式，以降低對蜂窩用戶的干擾，提高d2d用戶傳輸速率和小區頻譜資源利用率。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：在整個設計方法中，主要分為兩部分：模式選擇、資源分配。模式選擇用于確定在d2d通信中選擇復用模式或者專用模式、帶中繼蜂窩模式、無中繼蜂窩模式。資源分配負責在確定通信模式后為用戶分配資源。主要流程步驟為：

某一時刻用戶發起d2d通信請求，首先判斷是否能夠在d2d發射方功率不超過功率閾值的條件下使得d2d接收方的sinr達到閾值；

如果滿足條件則使用復用模式進行d2d通信；

否則判斷小區是否有剩余的專用資源，若有則分配專用資源給d2d用戶，d2d用戶使用專用模式進行d2d通信；

若沒有剩余的專用資源，則使用蜂窩模式，此時執行中繼選擇步驟，判斷是否使用中繼提高容量。

上述的d2d通信模式選擇方法中，功率閾值為23dbm。

方法中所述的確定是否滿足條件使用復用模式進行d2d通信具體在于：

步驟1.1)：基站選擇距離d2d通信接收方距離最遠的蜂窩用戶作為資源復用對象，計算該蜂窩用戶的發射功率；

步驟1.2)：根據蜂窩用戶的發射功率和d2d通信的sinr閾值計算出d2d發射方需要達到的發射功率；

步驟1.3)：比較d2d發射功率和功率閾值，當發射功率不高于閾值則復用模式滿足使用條件，否則不滿足使用條件。

方法中所述的d2d專用模式資源分配具體在于：

步驟2.1)：計算出需要分配專用資源的所有d2d對的理論速率；

步驟2.2)：將所有d2d對按速率從低到高排序得到專用模式請求隊列；

步驟2.3)：從第一個d2d對開始根據其速率d，總速率c，專用資源總數k，計算其權重w＝d/c，應分配的資源數i＝1,2,3,…,n，n為d2d的數量；

步驟2.4)：若r＝0則將此d2d對選擇蜂窩模式通信并從專用模式請求隊列中移除，回到步驟2.3，若r≠0則根據2.3所述公式依次為每個d2d對分配資源；

中繼選擇步驟：根據小區的snr閾值計算進行蜂窩通信所需功率，snr閾值為10db。再計算使用相同功率使用中繼后的系統容量并與不使用中繼時的系統容量相比較，若使用中繼后系統容量更大則采用中繼轉發的蜂窩模式通信，否則采用無中繼的蜂窩模式進行通信。

方法中所述的中繼選擇具體在于：

步驟3.1)：根據小區snr閾值計算無中繼蜂窩通信所需的發射功率和系統容量；

步驟3.2)：計算使用與無中繼通信相同的功率進行有中繼通信時的系統容量；

步驟3.3)：比較無中繼和有中繼通信的容量，選擇容量較高的通信模式。

本發明具有以下有益效果：通過設置d2d發射功率上限來保證蜂窩用戶不受干擾，設置d2d用戶sinr下限來保證d2d用戶的通信質量，通信模式還包含專用模式和蜂窩模式，并通過引入中繼站進一步提高用戶傳輸速率。

1)在小區內引入了位置固定的中繼站，具有結構簡單、傳輸穩定和吞吐量較大的優點，有效改善蜂窩模式下用戶的傳輸速率。

2)使用的模式選擇和資源分配方法可以有效限制小區內的用戶間干擾，提高了頻譜利用率，節省載波資源提升用戶數據傳輸速率。

附圖說明

圖1為本發明實施例的模式選擇流程。

圖2為本發明實施例的資源分配流程。

具體實施方式

為了便于本領域技術人員的理解，下面結合實施例與附圖對本發明作進一步的說明。

在整個設計方法中，主要分為兩部分：模式選擇、資源分配。模式選擇用于確定在d2d通信中選擇復用模式或者專用模式、在蜂窩通信中選擇是否使用中繼。資源分配負責在確定通信模式后為用戶分配資源。如圖1所示，主要流程步驟為：

步驟1)：一對d2d用戶發起傳輸要求，基站根據預設的蜂窩用戶snr計算出蜂窩用戶的發射功率，根據蜂窩用戶功率計算出d2d用戶的sinr，計算d2d用戶的發射功率p，并與功率閾值對比；

首先判斷是否能夠在d2d發射方功率不超過功率閾值的條件下使得d2d接收方的sinr達到閾值，功率閾值為23dbm，如果滿足條件則使用復用模式進行d2d通信(發射功率p不超過功率閾值時使用d2d復用模式)，否則執行步驟2；

方法中所述的確定是否滿足條件使用復用模式進行d2d通信具體在于：

步驟1.1)：基站選擇距離d2d通信接收方距離最遠的蜂窩用戶作為資源復用對象，計算該蜂窩用戶的發射功率；

步驟1.2)：根據蜂窩用戶的發射功率和d2d通信的sinr閾值計算出d2d發射方需要達到的發射功率；

步驟1.3)：比較d2d發射功率和功率閾值，當發射功率不高于閾值則復用模式滿足使用條件，否則不滿足使用條件。

步驟2)：當發射功率p超過功率閾值時判斷是否有空閑的專用資源，當有空閑的專用資源時使用d2d專用模式；如，專用資源占總資源的20％，否則執行步驟3；

如圖2所示，方法中所述的d2d專用模式資源分配具體在于：

步驟2.1)：計算出需要分配專用資源的所有d2d對的理論速率；

步驟2.2)：將所有d2d對按速率從低到高排序得到專用模式請求隊列；

步驟2.3)：從第一個d2d對開始根據其速率d，總速率c，專用資源總數k，計算其權重w＝d/c，應分配的資源數

步驟2.4)：若r＝0則將此d2d對選擇蜂窩模式通信并從專用模式請求隊列中移除，回到步驟2.3，若r≠0則根據2.3所述公式依次為每個d2d對分配資源；

步驟3)：當沒有空閑的專用資源時，判斷使用中繼和不使用中繼時蜂窩模式的速率，當使用中繼速率更高時選擇帶中繼的蜂窩模式，否則使用不帶中繼的蜂窩模式；

根據小區的snr閾值計算進行蜂窩通信所需功率，snr閾值為10db，再計算使用相同功率使用中繼后的系統容量并與不使用中繼時的系統容量相比較，若使用中繼后系統容量更大則采用中繼轉發的蜂窩模式通信，否則采用無中繼的蜂窩模式進行通信；

方法中所述的中繼選擇具體在于：

步驟3.1)：根據小區snr閾值計算無中繼蜂窩通信所需的發射功率和系統容量；

步驟3.2)：計算使用與無中繼通信相同的功率進行有中繼通信時的系統容量；

步驟3.3)：比較無中繼和有中繼通信的容量，選擇容量較高的通信模式。

以上的實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍之內。本發明未涉及的技術均可通過現有的技術加以實現。