蜂窩d2d通信系統(tǒng)中基于中斷性能提升的傳輸策略實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及在蜂窩D2D通信系統(tǒng)中基于中斷性能提升的傳輸策略實現(xiàn)方法，屬于 通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，移動用戶的基數(shù)越來越龐大，但頻譜資源是有限 的，該對頻譜資源的利用率提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了解決該一問題，基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的D2D通 信領(lǐng)域引起了越來越多的關(guān)注。基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的D2D通信不僅可W提升頻譜資源的利用率 和小區(qū)吞吐量，而且W較低的發(fā)送功率在較短的距離內(nèi)實現(xiàn)了信息的可靠傳輸。
[0003] 盡管D2D通信有著顯著的優(yōu)越性，但是仍然存在著安全性和有害干擾的問題。因 此，如何將中繼網(wǎng)絡(luò)的安全性能引入到D2D鏈路的研究成為了一個新的探索方向。在中繼 網(wǎng)絡(luò)中，信源可W利用一個未被認(rèn)證的放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼增加直接傳輸?shù)侥康墓?jié)點的保密信 息，在衰落的情況下，即使竊聽者比合法接收者有更好的平均信噪比，仍然可W實現(xiàn)信息安 全傳輸。而且在中繼網(wǎng)絡(luò)中可W引入人工干擾節(jié)點，通過它發(fā)送人工干擾噪聲迷惑竊聽節(jié) 點，避免信息在傳輸過程成被竊聽。
[0004] 對于如何避免D2D通信環(huán)境下的有害干擾，近年來已經(jīng)提出了許多方案。比如適 當(dāng)?shù)剡x擇蜂窩設(shè)備和D2D用戶共享無線資源，在沒有降低蜂窩鏈路性能的前提下，減少對 D2D接收者的干擾；利用蜂窩網(wǎng)絡(luò)控制D2D鏈路的發(fā)射功率和無線資源，通過合適的功率控 審IJ，協(xié)調(diào)兩個服務(wù)設(shè)備之間干擾使得整個系統(tǒng)性能提升；在基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的D2D通信中引 入雙向解碼和轉(zhuǎn)發(fā)值巧中繼，利用帕托雷優(yōu)化方法協(xié)調(diào)D2D和蜂窩鏈路的干擾，最大化和 速率。但該些協(xié)議在系統(tǒng)中斷性能的提升上存在一定的局限性。而本發(fā)明能夠很好地解決 上面的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是提供一種應(yīng)用于蜂窩D2D通信系統(tǒng)中基于中斷性能提升的傳輸策 略實現(xiàn)方法，該方法通過將基站作為一個雙向放大轉(zhuǎn)發(fā)（即；AF)中繼，使得D2D通信用戶 利用直接鏈路和中繼鏈路兩種方式的結(jié)合互相交換信息，實現(xiàn)了降低信道間有害干擾，大 幅度提升了系統(tǒng)的中斷性能。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：針對蜂窩D2D通信系統(tǒng)場景，本發(fā) 明提出了將基站作為D2D鏈路的雙向放大轉(zhuǎn)發(fā)（即；AF)中繼，實現(xiàn)了該策略下D2D鏈路中 斷概率封閉形式的表達(dá)式和高信噪比下的近似形式，在總發(fā)送功率固定的限制下，構(gòu)建了 系統(tǒng)最優(yōu)功率分配問題，利用序列二次規(guī)劃（SQ巧算法得到最優(yōu)值。
[0007] 方法流程：
[0008] 步驟1 ;基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的D2D通信系統(tǒng)包括一對D2D用戶（即；D2D用戶1和 D2D用戶2)、雙向放大中繼（即；基站）、蜂窩用戶。它們分別用D2Di，D2D2，R和CU表示， D2Di，02〇2,R和CU的發(fā)送功率分別為Pi，P2,Pk，Pc。
[0009] 步驟2 ;在第一時隙時，蜂窩用戶CU發(fā)送上行信號或給基站；而在D2D鏈路中D2D 用戶1通過中繼鏈路發(fā)送信號Si給中繼R(即；基站），同時通過直接鏈路發(fā)送信號Si給D2D 用戶2。此時對于D2D鏈路，中繼R(即基站）和D2D用戶2都受到來自蜂窩用戶CU的干 擾。
[0010] 步驟3 ;在第二時隙中，基站發(fā)送下行信號Sc給蜂窩用戶CU;而在D2D鏈路中D2D 用戶2通過中繼鏈路發(fā)送信號S2給中繼R(即；基站），同時通過直接鏈路發(fā)送信號S2給 D2D用戶1。
[0011] 步驟4;在第S時隙中，中繼R(即；基站）將前兩個時隙接收的混合信號進(jìn)行放 大，放大增益為G，G表示為中繼發(fā)送功率與混合信號功率之比的算術(shù)平方根。中繼R(基 站）分別將放大信號發(fā)送給D2D用戶1和D2D用戶2。
[0012] 步驟5 ;根據(jù)D2D用戶1在第二時隙和第S時隙接收的信號，可W得到D2D用戶1 的接收信干噪比；根據(jù)D2D用戶2在第一時隙和第S時隙接收的信號，可W得到D2D用戶2 的接收信干噪比。
[0013] 步驟6 ;根據(jù)上述步驟5確定的D2D用戶1和D2D用戶2的信干噪比，定義D2D鏈 路的中斷概率Pdw為：P〇ut=P虹in(SINR^SINR2)《丫J。其中SINRi為D2D用戶1的信 干噪比；SINR2為D2D用戶2的信干噪比；丫th為預(yù)先設(shè)定的口限值。
[0014] 步驟7 ;根據(jù)分區(qū)域積分的方法，將上述步驟6定義的中斷概率Pwt按積分區(qū)域分 解為兩個積分之和的形式。分別求出兩個積分的結(jié)果相加，得到提出的D2D傳輸策略的中 斷概率。再考慮高信噪比情況下D2D用戶端來自蜂窩用戶CU的干擾要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于噪聲的功 率，得到高信噪比下系統(tǒng)中斷概率的近似形式。
[0015] 步驟8 ;W系統(tǒng)中斷概率最小為優(yōu)化目標(biāo)，提出了最優(yōu)功率分配問題，優(yōu)化對象為 D2D用戶對和中繼的發(fā)送功率Pi，P2,Pk，約束條件為Pi+P2+Pk=P，其中P為固定的總發(fā)送功 率。利用序列二次規(guī)劃（即；SQ巧算法解出最優(yōu)值作為系統(tǒng)的最優(yōu)功率分配方案。
[0016] 本發(fā)明的上述方法應(yīng)用于蜂窩D2D通信系統(tǒng)中。
[0017] 有益效果；
[0018] 1、本發(fā)明將直接鏈路和中繼鏈路相結(jié)合，在保證蜂窩用戶和D2D用戶共享相同的 頻譜資源前提下，減弱了對D2D鏈路的有害干擾影響，增大了小區(qū)的吞吐量。
[0019] 2、本發(fā)明將基站作為雙向放大（即；A巧中繼支持傳輸，與傳統(tǒng)的D2D通信策略相 比，中斷性能得到了大幅度地提升。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)模型示意圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明創(chuàng)造出進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0023] 如圖1所示，本發(fā)明的蜂窩D2D通信系統(tǒng)包括一對D2D用戶、一個蜂窩用戶、一個 作為AF中繼的基站，分別用D2D。D2D2,CU，R表示。假設(shè)一個單小區(qū)場景，信道條件為瑞利 衰落信道，所有的節(jié)點工作在半雙工模式下，配備的是單天線，上行和下行信道是互惠不變 的，而且高信噪比情況下，來自蜂窩用戶對D2D鏈路的干擾要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于噪聲功率。
[0024] 用Pi來表示i節(jié)點的發(fā)送功率，其中iG{1，2,R，口。對于瑞利衰落信道，用hU來 表示節(jié)點i到節(jié)點j之間的信道系數(shù)，其中i，jG(1，2,R，口，i聲j。因為信道是互惠不變 的，有hy=hw。i(iG{1，2，R，口）節(jié)點的噪聲n;假設(shè)為加性高斯白噪聲（AWGN),有n;~ CN化N。)。d。表示節(jié)點i到節(jié)點j之間的距離，容易得到dy=dj,。a表示路徑衰落系數(shù)。 在j節(jié)點來自發(fā)送節(jié)點i的接收功率為與=邱r。用Si表示來自節(jié)點i(iG(1，2，R，口） 的發(fā)送信號。
[002引本發(fā)明提供的傳輸策略包含S個時隙，在第一時隙中，D2DiW發(fā)送功率P1同時發(fā) 送信號Si到中繼R(基站）和D2D2,蜂窩用戶CUW發(fā)送功率Pc發(fā)送信號Se到中繼R(基站）。 因此D2D鏈路的中繼節(jié)點R(基站）和D2化受到來自CU的干擾影響，第一時隙在0202,中 繼R(基站）的接收信號分別表示為：
【主權(quán)項】
1. 蜂窩D2D通信系統(tǒng)中基于中斷性能提升的傳輸策略實現(xiàn)方法，其特征在于，所述方 法包括以下步驟： 步驟1 :蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的D2D通信系統(tǒng)包括一對D2D用戶、雙向放大中繼，即：基站、蜂窩 用戶；它們分別用D2Di，D2D2, R和CU表示，D2Di，D2D2, R和CU的發(fā)送功率分別為P1, P2, PK，Pc; 步驟2 :在第一時隙時，蜂窩用戶⑶發(fā)送上行信號Sc給基站；而在D2D鏈路中D2D用戶 1通過中繼鏈路發(fā)送信號S1給中繼R，即：基站，同時通過直接鏈路發(fā)送信號S #合D2D用戶 2 ;此時對于D2D鏈路，中繼R，即：基站和D2D用戶2都受到來自蜂窩用戶CU的干擾； 步驟3 :在第二時隙中，基站發(fā)送下行信號Sk給蜂窩用戶CU ;而在D2D鏈路中D2D用戶 2通過中繼鏈路發(fā)送信號S2給中繼R，即：基站，同時通過直接鏈路發(fā)送信號S 2給D2D用戶 1 ; 步驟4 :在第三時隙中，中繼R，即：基站將前兩個時隙接收的混合信號進(jìn)行放大，放大 增益為G，G表示為中繼發(fā)送功率與混合信號功率之比的算術(shù)平方根；中繼R，即：基站分別 將放大信號發(fā)送給D2D用戶1和D2D用戶2 ; 步驟5 :根據(jù)D2D用戶1在第二時隙和第三時隙接收的信號，得到D2D用戶1的接收信 干噪比；根據(jù)D2D用戶2在第一時隙和第三時隙接收的信號，得到D2D用戶2的接收信干噪 比； 步驟6 :根據(jù)上述步驟5確定的D2D用戶1和D2D用戶2的信干噪比，定義D2D鏈路的 中斷概率 PtjutS zP^ePEmir^SINR^SINig 彡 yth];其中 SINR$D2D 用戶 1 的信干噪 比；SINR2S D2D用戶2的信干噪比；γ th為預(yù)先設(shè)定的門限值； 步驟7 :根據(jù)分區(qū)域積分的方法，將上述步驟6定義的中斷概率Prat按積分區(qū)域分解為 兩個積分之和的形式；分別求出兩個積分的結(jié)果相加，得到提出的D2D傳輸策略的中斷概 率；再考慮高信噪比情況下D2D用戶端來自蜂窩用戶CU的干擾要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于噪聲的功率，得 到高信噪比下系統(tǒng)中斷概率的近似形式； 步驟8 :以系統(tǒng)中斷概率最小為優(yōu)化目標(biāo)，提出了最優(yōu)功率分配問題，優(yōu)化對象為D2D 用戶對和中繼的發(fā)送功率P1, P2, Pk，約束條件為PJPJPk= P，其中P為固定的總發(fā)送功率， 利用序列二次規(guī)劃算法解出最優(yōu)值作為系統(tǒng)的最優(yōu)功率分配方案。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蜂窩D2D通信系統(tǒng)中基于中斷性能提升的傳輸策略實現(xiàn) 方法，其特征在于：所述方法是采用直接鏈路和中繼鏈路相結(jié)合的方式，將基站作為D2D鏈 路的雙向放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼，使得D2D用戶能在兩個不同時隙內(nèi)接收到目標(biāo)信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蜂窩D2D通信系統(tǒng)中基于中斷性能提升的傳輸策略實現(xiàn) 方法，其特征在于：所述方法應(yīng)用于蜂窩D2D通信系統(tǒng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了蜂窩D2D通信系統(tǒng)中基于中斷性能提升的傳輸策略實現(xiàn)方法，該方法將基站作為D2D系統(tǒng)中的雙向放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)中繼，同時基站還與其他蜂窩用戶進(jìn)行正常通信。具體步驟為：第一時隙中，D2D用戶1分別通過直接鏈路和中繼鏈路發(fā)送信號給D2D用戶2和中繼(基站)，同時基站還收到來自其他蜂窩用戶的上行信號；第二時隙中，D2D用戶2分別通過直接鏈路和中繼鏈路發(fā)送信號給D2D用戶1和中繼(基站)，同時基站發(fā)送下行信號到其他蜂窩用戶；在第三個時隙中，中繼(基站)將前兩個時隙接收的混合信號放大后，分別轉(zhuǎn)發(fā)給兩個D2D用戶。本發(fā)明相比于傳統(tǒng)D2D通信，在抑制來自蜂窩用戶干擾的同時，極大地提升了系統(tǒng)的中斷性能。
【IPC分類】H04W16-14, H04W4-00, H04W52-34
【公開號】CN104837110
【申請?zhí)枴緾N201510186297
【發(fā)明人】趙夙, 程騰飛
【申請人】南京郵電大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月17日