專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于基站定位的d2d用戶(hù)對(duì)復(fù)用蜂窩用戶(hù)資源的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是將端到端(Device-to-Device，D2D)技術(shù)應(yīng)用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，D2D用戶(hù)對(duì) 復(fù)用蜂窩網(wǎng)絡(luò)中用戶(hù)的資源進(jìn)行通信?；蛘呤瞧渌c在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用D2D技術(shù)有類(lèi)似架 構(gòu)特性的通信網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明提出了一種基于基站定位的D2D用戶(hù)對(duì)復(fù)用蜂窩用戶(hù)資源的方 法，它可以有效簡(jiǎn)化存在D2D通信的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中資源復(fù)用算法的復(fù)雜度。并在保證蜂窩用 戶(hù)最低通信速率的條件下，提高系統(tǒng)整體(包括蜂窩通信和D2D通信)的頻譜效率。本發(fā) 明提出的方法具有很強(qiáng)的實(shí)際可操作性。
背景技術(shù)：
端到端(Device-to-Device，D2D)通信是一種在蜂窩系統(tǒng)的控制下，允許終端之 間通過(guò)復(fù)用小區(qū)內(nèi)資源直接進(jìn)行通信的新型技術(shù)。它具有提高系統(tǒng)頻譜利用率、減少終端 電池消耗從而節(jié)省移動(dòng)臺(tái)功率、減低蜂窩小區(qū)基站的負(fù)載、改善系統(tǒng)用戶(hù)公平性、提高無(wú)線(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)的QoS、鞏固下層結(jié)構(gòu)、提供新的服務(wù)等優(yōu)點(diǎn)。且能在一定程度上解決無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)頻 譜資源匱乏的問(wèn)題。D2D通信在蜂窩網(wǎng)中是工作在許可頻段，它相對(duì)于工作在非許可頻帶的 其它技術(shù)(如藍(lán)牙、WLAN等)具有很多優(yōu)點(diǎn)。只有許可頻段能夠保證提供干擾可控、穩(wěn)定 的通信環(huán)境，而非許可頻段提供的服務(wù)不穩(wěn)定，這對(duì)服務(wù)質(zhì)量要求高的業(yè)務(wù)或特定用戶(hù)是 很重要的。在蜂窩架構(gòu)下的D2D通信通過(guò)共享小區(qū)資源來(lái)達(dá)到系統(tǒng)整體性能的提升。若D2D 通信分配到正交的信道資源時(shí)，它不會(huì)對(duì)原來(lái)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的通信形成干擾。若D2D通信 被分配到非正交的信道資源時(shí)，D2D通信將會(huì)對(duì)蜂窩鏈路中的接收端造成干擾。在通信負(fù) 載較小的網(wǎng)絡(luò)中，可以為D2D通信分配多余的正交的資源，這樣顯然可以取得更好的網(wǎng)絡(luò) 總性能。但是，由于蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的資源有限，考慮到通信業(yè)務(wù)對(duì)頻率帶寬的要求越來(lái)越高， 而采用非正交資源共享的方式可以使網(wǎng)絡(luò)有更高的資源利用效率。這也是在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中應(yīng) 用D2D通信的主要目的。在非正交資源共享模式下，基站可以有多種資源分配方式，它們最后能得到不同 的性能增益和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。例如其中實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)單的方式，基站可以隨機(jī)選擇小區(qū)內(nèi)的資源； 此外，基站還可以盡量選擇距離D2D用戶(hù)對(duì)較遠(yuǎn)的蜂窩用戶(hù)的資源來(lái)進(jìn)行資源共享，這樣 保證它們之間干擾盡可能地小。目前，D2D通信可以通過(guò)下面三種模式來(lái)與蜂窩用戶(hù)共享 資源1.基站轉(zhuǎn)接模式D2D用戶(hù)對(duì)通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站的轉(zhuǎn)接來(lái)進(jìn)行通信。在此模式下， D2D用戶(hù)與蜂窩用戶(hù)的通信方式一樣。D2D通信獨(dú)立占用一半的資源，另一半由蜂窩通信占 用。所有的通信都分配以正交獨(dú)立的信道資源，并以最大功率進(jìn)行傳輸。這個(gè)模式就是傳 統(tǒng)的蜂窩通信模式。2.正交資源共享模式D2D通信與蜂窩通信平分資源，獨(dú)立占用一半的信道資源 直接進(jìn)行端到端的通信，蜂窩用戶(hù)占用另一半信道資源。此模式下，D2D通信與蜂窩通信之 間不會(huì)產(chǎn)生干擾。
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3.復(fù)用蜂窩用戶(hù)的資源D2D用戶(hù)將與一個(gè)蜂窩用戶(hù)復(fù)用其資源，相互之間會(huì)造 成干擾。而蜂窩基站為D2D通信和蜂窩通信分配傳輸功率大小，協(xié)調(diào)相互之間的干擾。D2D通信可以與蜂窩通信共享上行鏈路資源或下行鏈路資源。無(wú)論對(duì)于上行鏈路 共享還是下行鏈路共享，基站都可以從以上三種資源共享方案中選擇使系統(tǒng)總數(shù)據(jù)速率最 大的方式。由于上行鏈路或下行鏈路共享時(shí)，干擾的來(lái)源和大小有所不同，所以在具體實(shí)施 時(shí)需要在基站端考慮不同的干擾控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
在有D2D通信的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，D2D用戶(hù)對(duì)和蜂窩用戶(hù)進(jìn)行資源共享分配時(shí)，為了降 低基站端資源共享方案和資源分配算法的復(fù)雜度，本發(fā)明提出一種基于基站定位的資源復(fù) 用方法。這種方法能在執(zhí)行資源共享時(shí)，極大地降低基站端的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，并有效控制了 D2D用戶(hù)對(duì)與其復(fù)用資源的蜂窩用戶(hù)之間的干擾。本發(fā)明的基本原理是基站通過(guò)對(duì)其服 務(wù)的用戶(hù)進(jìn)行定位，為D2D用戶(hù)對(duì)選擇距離最遠(yuǎn)的一個(gè)蜂窩用戶(hù)的資源進(jìn)行復(fù)用。本發(fā)明主要針對(duì)的是蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，存在一個(gè)或多個(gè)D2D用戶(hù)對(duì)，它們將通過(guò)共享 蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的資源來(lái)完成通信。設(shè)系統(tǒng)中存在N個(gè)蜂窩用戶(hù)U1, U2, ...，UN，M對(duì)D2D用戶(hù) (D1, D2)，(D3, D4)，. . .，(D2M_1; D2m)，如果這些用戶(hù)向基站反饋信道信息，則下面根據(jù)信道信息 來(lái)執(zhí)行D2D通信的資源分配，如果基站無(wú)法知道用戶(hù)的信道信息，則通過(guò)其它方法來(lái)執(zhí)行 用戶(hù)間的資源分配。本發(fā)明的具體步驟為步驟1 蜂窩用戶(hù)和D2D用戶(hù)向基站端反饋信道信息。也有可能只有蜂窩用戶(hù)向 基站端反饋信息，這和具體系統(tǒng)架構(gòu)相關(guān)。步驟2 基站通過(guò)定位算法確定D2D用戶(hù)對(duì)和各蜂窩用戶(hù)的位置。可以是通過(guò)全 球定位系統(tǒng)(GlcAalPosition System, GPS)或者普通的基站定位算法進(jìn)行定位。步驟3 基站先根據(jù)蜂窩用戶(hù)反饋的信道信息采用傳統(tǒng)的調(diào)度算法為它們分配資 源。然后基站為每對(duì)D2D用戶(hù)選擇一個(gè)距離它最遠(yuǎn)的蜂窩用戶(hù)作為其復(fù)用資源的對(duì)象。如 下式所示，第i對(duì)D2D用戶(hù)選擇復(fù)用資源的蜂窩用戶(hù)為Si = argj max Idij j = 1，2，· · ·，N}其中Clij是指第i對(duì)D2D用戶(hù)與第j個(gè)蜂窩用戶(hù)之間的距離。對(duì)于負(fù)載較輕的網(wǎng)絡(luò)，即資源有剩余的情況，D2D用戶(hù)對(duì)可以分配與蜂窩用戶(hù)正交 的資源進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在分配資源時(shí)，基站優(yōu)先考慮為蜂窩用戶(hù)分配最適合它們的資源，然 后為D2D用戶(hù)對(duì)之間的通信分配剩下的資源。這里需要注意的是為了最大限度抑制干擾， 在實(shí)際中可以設(shè)定如果一個(gè)蜂窩用戶(hù)的資源已被一個(gè)D2D用戶(hù)對(duì)復(fù)用，則它不能被其它的 D2D用戶(hù)對(duì)復(fù)用，即一個(gè)蜂窩用戶(hù)的資源最多只能由一對(duì)D2D用戶(hù)復(fù)用。步驟4:基站根據(jù)選擇的共享資源的蜂窩用戶(hù)分配的資源，對(duì)D2D用戶(hù)對(duì)和蜂窩用 戶(hù)進(jìn)行功率分配。使用合適的功率控制方案可以進(jìn)一步減小D2D用戶(hù)對(duì)和監(jiān)察用戶(hù)之間的 干擾。最后D2D用戶(hù)對(duì)和蜂窩用戶(hù)分別利用分配到的資源和功率完成通信。這種基于基站定位的D2D用戶(hù)復(fù)用蜂窩用戶(hù)資源的方法可以有效降低基站端選 擇共享資源的用戶(hù)算法的復(fù)雜度，直接根據(jù)定位結(jié)果比較即可；并且這種方法可以有效降 低D2D通信對(duì)蜂窩用戶(hù)的干擾，從而提高系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)速率和頻譜效率。


結(jié)合以下附圖以及具體實(shí)例對(duì)發(fā)明所做的詳細(xì)描述將便于理解本發(fā)明的原理、步 驟、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1是表示本發(fā)明的系統(tǒng)模型。圖2是表示本發(fā)明在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)具體實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式為便于理解，本發(fā)明以一個(gè)LTE-A系統(tǒng)下的D2D通信網(wǎng)絡(luò)為例，來(lái)說(shuō)明D2D技術(shù)應(yīng) 用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，基站通過(guò)定位的方法來(lái)為D2D用戶(hù)對(duì)確定共享資源的蜂窩網(wǎng)用戶(hù)。假設(shè)系 統(tǒng)有IOMHz帶寬，工作于2GHz。設(shè)系統(tǒng)中有10個(gè)蜂窩用戶(hù)，分別為U1, U2, ... , U10 ；有兩對(duì) D2D用戶(hù)，(D1, D2)和(D3，D4)。這里的蜂窩用戶(hù)數(shù)和D2D用戶(hù)對(duì)數(shù)都可以是不同的。本發(fā) 明對(duì)于所有具有這個(gè)示例中基本特征的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型都普遍適用。這些D2D用戶(hù)可以在基 站的協(xié)調(diào)下直接進(jìn)行通信，且D2D用戶(hù)對(duì)在通信時(shí)與宏蜂窩通信共享網(wǎng)絡(luò)資源?；径藶榉涓C用戶(hù)和D2D用戶(hù)對(duì)確定資源共享模式和資源分配的具體過(guò)程如下1.蜂窩用戶(hù)和D2D用戶(hù)向基站端反饋信道信息。也有可能只有蜂窩用戶(hù)向基站端 反饋信息，這和具體系統(tǒng)架構(gòu)相關(guān)。2.基站通過(guò)定位算法確定D2D用戶(hù)對(duì)和各蜂窩用戶(hù)的位置。3.基站先根據(jù)蜂窩用戶(hù)反饋的信道信息采用傳統(tǒng)的調(diào)度算法為它們分配資源。然 后基站為每對(duì)D2D用戶(hù)選擇一個(gè)距離它最遠(yuǎn)的蜂窩用戶(hù)作為其復(fù)用資源的對(duì)象。如附圖2 所示，(D1, D2)和(D3, D4)分別選擇用戶(hù)U2和U8來(lái)進(jìn)行資源復(fù)用。4.基站根據(jù)蜂窩用戶(hù)和D2D用戶(hù)對(duì)分配的資源，對(duì)D2D用戶(hù)對(duì)和蜂窩用戶(hù)進(jìn)行功 率分配。最后D2D用戶(hù)對(duì)和蜂窩用戶(hù)分別利用分配到的資源和功率完成通信。由此可見(jiàn)，本方案可以有效降低基站為D2D用戶(hù)對(duì)選擇合適的復(fù)用資源的蜂窩用 戶(hù)算法的復(fù)雜度，而且兩者相距最遠(yuǎn)有效控制了相互之間產(chǎn)生的干擾。綜合以上討論可以看出，本發(fā)明提出了將D2D技術(shù)應(yīng)用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)時(shí)，通過(guò)基站 對(duì)移動(dòng)臺(tái)的定位來(lái)為D2D用戶(hù)對(duì)選擇蜂窩用戶(hù)來(lái)復(fù)用資源，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)1.基站端為D2D用戶(hù)對(duì)選擇復(fù)用資源蜂窩用戶(hù)的算法簡(jiǎn)單，在定位后只需要比較 相互之間的距離即可。2.這種選擇方法可以有效抑制復(fù)用資源的D2D用戶(hù)對(duì)和蜂窩用戶(hù)之間的干擾，從 而提高系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)速率。3.本發(fā)明提出的方法對(duì)具體的應(yīng)用系統(tǒng)和協(xié)議規(guī)范不敏感，具備兼容性，即對(duì)任 何與此發(fā)明中模型類(lèi)似的系統(tǒng)均可以和用本發(fā)明提出的方法來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和共享。總之，本發(fā)明是一種全新高效的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，其目的是提高系統(tǒng)頻譜效率，增加 D2D通信可靠性的同時(shí)減少資源復(fù)用算法的復(fù)雜度，從而提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的整體性能。
權(quán)利要求
1.將端到端(Device-to-Device，D2D)技術(shù)應(yīng)用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，基站通過(guò)對(duì)用戶(hù)的定位 來(lái)為D2D用戶(hù)對(duì)分配復(fù)用資源的蜂窩用戶(hù)。
2.基于包括系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、通信設(shè)備、可用發(fā)射功率以及通信頻段等通信資源， 針對(duì)由各通信資源的不同劃分和組合而構(gòu)成的通信信道，將D2D技術(shù)應(yīng)用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)中并 根據(jù)基站對(duì)用戶(hù)的定位來(lái)為D2D用戶(hù)對(duì)選擇復(fù)用資源的蜂窩用戶(hù)，可以有效降低基站端為 D2D用戶(hù)選擇復(fù)用資源算法的復(fù)雜度，并最大程度抑制了 D2D用戶(hù)和蜂窩用戶(hù)之間的干擾。 在這種方案中，基于存在D2D通信的蜂窩網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)D2D通信復(fù)用蜂窩用戶(hù)的資源的原 理，設(shè)定的方案的實(shí)現(xiàn)步驟為步驟1 蜂窩用戶(hù)和D2D用戶(hù)向基站端反饋信道信息。也有可能只有蜂窩用戶(hù)向基站 端反饋信息，這和具體系統(tǒng)架構(gòu)相關(guān)。步驟2 基站通過(guò)定位算法確定D2D用戶(hù)對(duì)和各蜂窩用戶(hù)的位置。可以是通過(guò)全球定 位系統(tǒng)(GlcAal Position System, GPS)或者普通的基站定位算法進(jìn)行定位。步驟3 基站先根據(jù)蜂窩用戶(hù)反饋的信道信息采用傳統(tǒng)的調(diào)度算法為它們分配資源。 然后基站為每對(duì)D2D用戶(hù)選擇一個(gè)距離它最遠(yuǎn)的蜂窩用戶(hù)作為其復(fù)用資源的對(duì)象。如下式 所示，第i對(duì)D2D用戶(hù)選擇復(fù)用資源的蜂窩用戶(hù)為Si = argj max {d?！?| j = 1，2，· ·，N}其中是指第i對(duì)D2D用戶(hù)與第j個(gè)蜂窩用戶(hù)之間的距離。對(duì)于負(fù)載較輕的網(wǎng)絡(luò)，即資源有剩余的情況，D2D用戶(hù)對(duì)可以分配與蜂窩用戶(hù)正交的資 源進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在分配資源時(shí)，基站優(yōu)先考慮為蜂窩用戶(hù)分配最適合它們的資源，然后為 D2D用戶(hù)對(duì)之間的通信分配剩下的資源。這里需要注意的是為了最大限度抑制干擾，在實(shí) 際中可以設(shè)定如果一個(gè)蜂窩用戶(hù)的資源已被一個(gè)D2D用戶(hù)對(duì)復(fù)用，則它不能被其它的D2D 用戶(hù)對(duì)復(fù)用，即一個(gè)蜂窩用戶(hù)的資源最多只能由一對(duì)D2D用戶(hù)復(fù)用。步驟4 基站根據(jù)選擇的共享資源的蜂窩用戶(hù)分配的資源，對(duì)D2D用戶(hù)對(duì)和蜂窩用戶(hù)進(jìn) 行功率分配。使用合適的功率控制方案可以進(jìn)一步減小D2D用戶(hù)對(duì)和監(jiān)察用戶(hù)之間的干 擾。最后D2D用戶(hù)對(duì)和蜂窩用戶(hù)分別利用分配到的資源和功率完成通信。
3.如權(quán)利要求2中步驟1所述的蜂窩用戶(hù)和D2D用戶(hù)向基站端反饋信道信息。包括 D2D用戶(hù)對(duì)和蜂窩用戶(hù)向基站反饋信道信息的數(shù)量和不同的方法。
4.如權(quán)利要求2中步驟2所述的基站通過(guò)定位算法定位D2D用戶(hù)對(duì)和各蜂窩用戶(hù)的位 置。包括應(yīng)用于本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和類(lèi)似的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的定位方法和相應(yīng)位置數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。 例如但不限于可以是通過(guò)全球定位系統(tǒng)(GlcAal Position System，GPS)或者普通的基站 定位算法進(jìn)行定位。
5.如權(quán)利要求2中步驟3所述的基站先根據(jù)蜂窩用戶(hù)反饋的信道信息采用傳統(tǒng)的調(diào)度 算法為它們分配資源。然后基站為每對(duì)D2D用戶(hù)選擇一個(gè)距離它最遠(yuǎn)的蜂窩用戶(hù)作為其復(fù) 用資源的對(duì)象。包括選擇的思想、算法和步驟。
6.如權(quán)利要求2中步驟3所述的在負(fù)載較輕的網(wǎng)絡(luò)，即資源有剩余的情況，D2D用戶(hù)對(duì) 可以分配與蜂窩用戶(hù)正交的資源進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在分配資源時(shí)，基站優(yōu)先考慮為蜂窩用戶(hù) 分配最適合它們的資源，然后為D2D用戶(hù)對(duì)之間的通信分配剩下的資源。
7.如權(quán)利要求2中步驟4所述的基站根據(jù)蜂窩用戶(hù)的資源分配和為D2D用戶(hù)對(duì)選擇的資源復(fù)用方案，對(duì)D2D用戶(hù)對(duì)和蜂窩用戶(hù)進(jìn)行功率分配。包括應(yīng)用于本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和 類(lèi)似的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的功率分配的思想、算法和步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供的技術(shù)方案應(yīng)用于移動(dòng)通信的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，將端到端(Device-to-Device，D2D)技術(shù)應(yīng)用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，允許D2D用戶(hù)對(duì)復(fù)用蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)的資源進(jìn)行通信。本發(fā)明提出一種基于基站定位的方法來(lái)為D2D用戶(hù)對(duì)選擇復(fù)用資源的蜂窩用戶(hù)，為每對(duì)D2D用戶(hù)選擇距離其最遠(yuǎn)的蜂窩用戶(hù)來(lái)進(jìn)行資源復(fù)用。本發(fā)明提出的方案簡(jiǎn)化了基站端選擇蜂窩用戶(hù)進(jìn)行資源復(fù)用的算法的復(fù)雜度，并將復(fù)用資源的D2D用戶(hù)對(duì)和蜂窩用戶(hù)之間的干擾降到最低，從而提高了系統(tǒng)整體的頻譜效率。而且這種方法具有很強(qiáng)的實(shí)際可操作性，在實(shí)際中易于實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用方式也比較靈活。
文檔編號(hào)H04W64/00GK102123496SQ201110007220
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者常永宇, 張欣, 楊大成, 王彬, 陳力, 陳曉航 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)