專利名稱：一種d2d用戶對(duì)可同時(shí)復(fù)用多個(gè)蜂窩用戶資源的方法
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用戶對(duì)復(fù) 用蜂窩網(wǎng)絡(luò)中用戶的資源進(jìn)行通信。或者是其它與在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用D2D技術(shù)有類似架構(gòu) 特性的通信網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明提出了一種D2D用戶對(duì)可以同時(shí)復(fù)用多個(gè)蜂窩用戶資源的方法， 它可以在保證蜂窩用戶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)用戶公平性、提高無(wú)線 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用戶對(duì)較遠(yuǎn)的蜂窩用戶的資源來(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)與蜂窩用戶共享 資源1.基站轉(zhuǎn)接模式D2D用戶對(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用戶與蜂窩用戶的通信方式一樣。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。3.復(fù)用一個(gè)蜂窩用戶的資源D2D用戶將與一個(gè)蜂窩用戶復(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
一對(duì)D2D用戶復(fù)用一個(gè)蜂窩用戶的資源，要么會(huì)對(duì)此正常通信的蜂窩用戶產(chǎn)生很 大干擾(當(dāng)兩者相距較遠(yuǎn)時(shí))，要么選擇資源復(fù)用用戶的算法會(huì)很復(fù)雜。而且在實(shí)際網(wǎng)絡(luò) 中，蜂窩用戶往往比D2D用戶對(duì)多得多。所以本發(fā)明提出一種D2D用戶對(duì)可以同時(shí)復(fù)用多 個(gè)蜂窩用戶的資源的方法，并在實(shí)際執(zhí)行時(shí)從現(xiàn)有的方法和提出的方法中選擇能使系統(tǒng)綜 合數(shù)據(jù)速率達(dá)到最大的一種方法進(jìn)行資源共享。這種方法能在優(yōu)先保證蜂窩用戶的傳輸速 率條件下提高系統(tǒng)總的數(shù)據(jù)速率(包括D2D通信和蜂窩通信的速率)。本發(fā)明的基本原理 是允許任意一個(gè)D2D對(duì)可以同時(shí)復(fù)用多個(gè)蜂窩用戶的資源，并選擇能使系統(tǒng)總數(shù)據(jù)速率 最大的資源復(fù)用方式和復(fù)用資源的用戶個(gè)數(shù)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用戶對(duì)需要進(jìn)行通信，它 們通過(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UpU2,.. .，UN，M對(duì) D2D用戶(D1, D2)，(D3, D4)，. . .，(D2M_1; D2M)，如果這些用戶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)法知道用戶的信道信息，則通過(guò)其它方 法來(lái)執(zhí)行D2D通信的資源分配。本發(fā)明的具體步驟為步驟1 蜂窩用戶和D2D用戶向基站端反饋信道信息。也有可能只有蜂窩用戶向 基站端反饋信息，這和具體系統(tǒng)架構(gòu)相關(guān)。步驟2 基站確定各資源共享模式下的資源分配方案，并計(jì)算各模式的系統(tǒng)總的 數(shù)據(jù)速率?；巨D(zhuǎn)接模式的資源分配和速率計(jì)算在此模式下，D2D通信與蜂窩用戶類似， 靠基站為其轉(zhuǎn)接需要傳輸?shù)男畔?。在分配資源時(shí)，可以使用傳統(tǒng)的調(diào)度算法(如正比公平、 輪循等)。并優(yōu)先考慮為蜂窩用戶分配資源再為D2D用戶對(duì)分配資源。在這種模式下，系統(tǒng) 能達(dá)到的總數(shù)據(jù)速率可表示為&
；VM^B+TrBDJ
I=Iι=j其中RBe, i和Rbd, i分別表示在此模式下的各個(gè)蜂窩用戶和D2D用戶對(duì)可達(dá)到的數(shù) 據(jù)速率。它們是根據(jù)各自的信道狀態(tài)和分配到的資源估算出的數(shù)據(jù)速率。正交資源共享模式的資源分配和速率計(jì)算此模式一般適用于負(fù)載較輕的網(wǎng)絡(luò)。 在分配資源時(shí)，基站優(yōu)先考慮為蜂窩用戶分配最適合它們的資源，然后為D2D用戶對(duì)之間 的通信分配剩下的資源。蜂窩用戶的資源分配仍可以使用傳統(tǒng)的調(diào)度算法，在這種模式下， 系統(tǒng)能達(dá)到的總數(shù)據(jù)速率可表示為Rtj
NMR0+TjrODJ
i二Ii=j其中Rre, i和Rm, i分別表示在此模式下的各個(gè)蜂窩用戶和D2D用戶對(duì)可達(dá)到的數(shù) 據(jù)速率。它們是根據(jù)各自的信道狀態(tài)和分配到的資源估算出的數(shù)據(jù)速率。D2D用戶對(duì)同時(shí)復(fù)用多個(gè)蜂窩用戶的資源的分配和速率計(jì)算此模式一般適用于距離基站較遠(yuǎn)的D2D用戶對(duì)?；臼紫葹榉涓C用戶按傳統(tǒng)的調(diào)度算法分配所有的系統(tǒng)資 源，然后考慮當(dāng)D2D用戶對(duì)采用非正交資源共享模式同時(shí)復(fù)用K(< N)個(gè)用戶的資源時(shí)，系 統(tǒng)總數(shù)據(jù)速率為&，它可以表示為
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)，D2D用戶對(duì)可同時(shí)復(fù)用蜂 窩網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)用戶的資源進(jìn)行通信的方法。增加這種方法后，根據(jù)系統(tǒng)總體性能參數(shù)最優(yōu) 的資源共享模式的選擇方案和資源分配策略。
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)中并允 許D2D用戶對(duì)可以同時(shí)復(fù)用多個(gè)蜂窩用戶的資源，可以有效提高系統(tǒng)總的數(shù)據(jù)速率(同時(shí) 包括D2D用戶對(duì)和蜂窩用戶的數(shù)據(jù)速率)。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)用蜂窩用戶的資源的原理和方法，設(shè)定的方案的實(shí)現(xiàn)步驟為步驟1 蜂窩用戶和D2D用戶向基站端反饋信道信息。也有可能只有蜂窩用戶向基站 端反饋信息，這和具體系統(tǒng)架構(gòu)相關(guān)。步驟2 基站確定各資源共享模式下的資源分配方案，并計(jì)算各模式的系統(tǒng)總的數(shù)據(jù) 速率。基站轉(zhuǎn)接模式的資源分配和速率計(jì)算在此模式下，D2D通信與蜂窩用戶類似，靠基站 為其轉(zhuǎn)接需要傳輸?shù)男畔?。在分配資源時(shí)，可以使用傳統(tǒng)的調(diào)度算法(如正比公平、輪循 等)。并優(yōu)先考慮為蜂窩用戶分配資源再為D2D用戶對(duì)分配資源。在這種模式下，系統(tǒng)能達(dá) 到的總數(shù)據(jù)速率可表示為RB NMrb 二ι. 二丨/=j其中he, i和Rbd, i分別表示在此模式下的各個(gè)蜂窩用戶和MD用戶對(duì)可達(dá)到的數(shù)據(jù)速 率。它們是根據(jù)各自的信道狀態(tài)和分配到的資源估算出的數(shù)據(jù)速率。正交資源共享模式的資源分配和速率計(jì)算此模式一般適用于負(fù)載較輕的網(wǎng)絡(luò)。在分 配資源時(shí)，基站優(yōu)先考慮為蜂窩用戶分配最適合它們的資源，然后為D2D用戶對(duì)之間的通 信分配剩下的資源。蜂窩用戶的資源分配仍可以使用傳統(tǒng)的調(diào)度算法，在這種模式下，系統(tǒng) 能達(dá)到的總數(shù)據(jù)速率可表示為Rtj NMR0 =+SrODJ/=丨 i=j其中R。e, i和Rffll, i分別表示在此模式下的各個(gè)蜂窩用戶和MD用戶對(duì)可達(dá)到的數(shù)據(jù)速 率。它們是根據(jù)各自的信道狀態(tài)和分配到的資源估算出的數(shù)據(jù)速率。D2D用戶對(duì)同時(shí)復(fù)用多個(gè)蜂窩用戶的資源的分配和速率計(jì)算此模式一般適用于距離 基站較遠(yuǎn)的D2D用戶對(duì)?；臼紫葹榉涓C用戶按傳統(tǒng)的調(diào)度算法分配所有的系統(tǒng)資源，然 后考慮當(dāng)D2D用戶對(duì)采用非正交資源共享模式同時(shí)復(fù)用K( < N)個(gè)用戶的資源時(shí)，系統(tǒng)總 數(shù)據(jù)速率為&，它可以表示為NMRfC = lRKC,i +X^ATDJ/=! /=j其中RKe, i和Rkd, i分別表示在此模式下的各個(gè)蜂窩用戶和MD用戶對(duì)可達(dá)到的數(shù)據(jù)速 率。它們是根據(jù)各自的信道狀態(tài)和分配到的資源估算出的數(shù)據(jù)速率。這其中包括k=l， 2，. . .，K(即同時(shí)復(fù)用k個(gè)用戶的資源)各種情況下的系統(tǒng)總數(shù)據(jù)速率，及每種情況下從N 個(gè)蜂窩用戶中選擇k個(gè)不同的蜂窩用戶來(lái)進(jìn)行資源復(fù)用情況下的系統(tǒng)總數(shù)據(jù)速率。而且蜂 窩網(wǎng)絡(luò)中上行或者下行的資源都可以被D2D用戶對(duì)復(fù)用。步驟3 基站端根據(jù)各模式下系統(tǒng)總數(shù)據(jù)速率為每對(duì)D2D用戶選擇能使系統(tǒng)總的數(shù)據(jù) 速率最大的資源共享模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并根據(jù)資源共享模式確定蜂窩用戶和D2D用戶分 配資源。具體算法如下Mode = argmmax {Rm | m = C，0，1，2，…，K}此模式選擇里包括基站轉(zhuǎn)接模式C，正交資源共享模式0，D2D用戶對(duì)復(fù)用1，2，...或 K個(gè)蜂窩用戶的資源的模式，并從中為每對(duì)D2D用戶選擇最優(yōu)的資源共享模式。這里需要注 意的是1)各對(duì)D2D用戶采取的資源共享模式可以不同；幻在上式中如果采用非正交資源 復(fù)用的模式，每對(duì)D2D用戶可能復(fù)用的資源的蜂窩用戶的個(gè)數(shù)不同；3)在具體實(shí)施時(shí)，考慮 基站端調(diào)試算法的復(fù)雜度，可以在限制一對(duì)D2D復(fù)用蜂窩用戶資源的用戶上限數(shù)來(lái)采用本 發(fā)明方案。步驟4基站根據(jù)選擇的資源共享模式和資源分配，對(duì)D2D用戶對(duì)和蜂窩用戶進(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用戶對(duì)和監(jiān)察用戶之間的干擾。
3.如權(quán)利要求2中步驟1所述的蜂窩用戶和D2D用戶向基站端反饋信道信息。包括 D2D用戶對(duì)和蜂窩用戶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所述的基站確定各資源共享模式下的資源分配方案和計(jì)算各 模式下系統(tǒng)總的數(shù)據(jù)速率，或具有類似系統(tǒng)總體性能的參數(shù)。例如但不限于數(shù)據(jù)速率、吞吐 量、頻譜效率、功率損耗等。包括基站轉(zhuǎn)接模式的資源分配和速率計(jì)算、正交資源共享模式 的資源分配和速率計(jì)算、D2D用戶對(duì)同時(shí)復(fù)用多個(gè)蜂窩用戶的資源的分配和速率計(jì)算。包 括計(jì)算思想、方法、步驟。
5.如權(quán)利要求2中步驟2所述的基站轉(zhuǎn)接模式和正交資源共享模式下，在分配資源時(shí)， 基站優(yōu)先考慮為蜂窩用戶分配最適合它們的資源，然后為D2D用戶對(duì)之間的通信分配剩下 的資源。
6.如權(quán)利要求2中步驟2所述的D2D用戶對(duì)同時(shí)復(fù)用多個(gè)蜂窩用戶的資源共享模式 下，D2D用戶對(duì)可復(fù)用k = 1，2，. . .，K個(gè)蜂窩用戶的資源，且這k個(gè)用戶是從N個(gè)蜂窩用戶 里選擇能使系統(tǒng)總數(shù)據(jù)速率最大的組合。
7.如權(quán)利要求2中步驟3所述的基站端根據(jù)各模式下系統(tǒng)總數(shù)據(jù)速率為每對(duì)D2D用戶 選擇能使系統(tǒng)總的數(shù)據(jù)速率最大的資源共享模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并根據(jù)資源共享模式確定 蜂窩用戶和D2D用戶分配資源。此處的數(shù)據(jù)速率可換成其它有類似系統(tǒng)總體性能的參數(shù)。 例如但不限于吞吐量、頻譜效率、功率損耗等。
8.如權(quán)利要求2中步驟3所述的各對(duì)D2D用戶可以采用的資源共享模式，和在同時(shí)復(fù) 用多個(gè)蜂窩用戶資源的模式下，復(fù)用的資源的蜂窩用戶的個(gè)數(shù)可以不同。
9.如權(quán)利要求2中步驟3所述的在具體實(shí)施時(shí)，考慮基站端調(diào)試算法的復(fù)雜度，可以簡(jiǎn) 化基站端的處理過(guò)程，例如但不局限于可以在限制一對(duì)D2D復(fù)用蜂窩用戶資源的用戶上限 數(shù)來(lái)采用本發(fā)明方案。
10.如權(quán)利要求2中步驟4所述的基站根據(jù)選擇的資源共享模式和資源分配，對(duì)D2D用 戶對(duì)和蜂窩用戶進(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用戶對(duì)同時(shí)復(fù)用多個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶的資源進(jìn)行通信。并從這種方案和傳統(tǒng)方案中選擇能使系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率最大的模式來(lái)進(jìn)行資源共享。本發(fā)明提出的方案不會(huì)對(duì)某個(gè)蜂窩用戶造成很大的干擾，而且在實(shí)際中易于實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用方式也比較靈活。本發(fā)明通過(guò)在具有D2D通信的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，提出一種單個(gè)D2D用戶對(duì)可以同時(shí)復(fù)用多個(gè)蜂窩用戶資源的方法，它可以在保證蜂窩用戶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。
文檔編號(hào)H04W28/06GK102083138SQ20111000724
公開(kāi)日2011年6月1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)