一種基于用戶位置信息的d2d通信干擾協(xié)調(diào)方法
【專利摘要】本發(fā)明請求保護一種基于用戶位置信息的D2D通信干擾協(xié)調(diào)方法，涉及蜂窩和D2D混合通信網(wǎng)絡(luò)中的干擾協(xié)調(diào)技術(shù)在LTE?A系統(tǒng)中引入D2D通信，會在蜂窩用戶與D2D用戶之間產(chǎn)生相互干擾。本文提出了一種基于距離的干擾協(xié)調(diào)方法來限制兩者之間的干擾，主要分為兩個階段，在第一階段，通過對蜂窩用戶中斷概率的分析，得出一個以基站為中心的圓形區(qū)域，稱為非復(fù)用區(qū)，即在此范圍內(nèi)的D2D用戶不能復(fù)用蜂窩用戶的資源；在第二個階段，通過對D2D用戶中斷概率的分析，得出一個以D2D接收端為中心的圓形區(qū)域，稱為非資源區(qū)，即D2D用戶不能復(fù)用在此范圍內(nèi)的蜂窩用戶的資源。該方法能顯著地降低蜂窩用戶與D2D用戶的中斷概率，同時降低基站側(cè)的信令負擔(dān)，并且具有很好地實現(xiàn)性。
【專利說明】
-種基于用戶位置信息的D2D通信干擾協(xié)調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于移動通信技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及到蜂窩和D2D混合通信系統(tǒng)中的干擾協(xié)調(diào)技 術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著3G、4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商用，W及智能手機、平板電腦等各種便攜式終端的 普及，人們對大寬帶數(shù)據(jù)通信需求有了爆炸性增長。雖然上述網(wǎng)絡(luò)的帶寬不斷提升，但是仍 然難W滿足用戶對于在線高清視頻、在線實時游戲、數(shù)據(jù)實時共享等大帶寬業(yè)務(wù)的需求。如 何利用有限的無線資源來滿足用戶對高效、可靠的移動寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，成為當(dāng)前學(xué) 術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)注的熱點。
[0003] 由于授權(quán)蜂窩頻譜帶寬有限，而用戶對于蜂窩通信帶寬的需求卻在不斷增長，提 高頻譜利用率是解決運種矛盾的主要方法，運也是蜂窩系統(tǒng)無線接入網(wǎng)演進的一個核屯、課 題。為了能夠高效的利用有限的蜂窩頻譜，一種先進的近場通信技術(shù)一一D2D通信技術(shù)應(yīng)運 而生，在2012年，3GPP的SA工作組研究和討論了近場通信的可行性；2012年12月，高通公司 在RAN全會中提出了 "蜂窩下D2D近距離服務(wù)研究"項目。該項目己經(jīng)正式獲得了3GPP的立項 批準，D2D技術(shù)正式進入LTE-A后續(xù)演進的標準化進程。
[0004] 在傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)中，通信雙方的數(shù)據(jù)需要由基站進行轉(zhuǎn)發(fā)。D2D通信指終端 與終端進行直連的通信，當(dāng)兩個用戶的距離比較近時，他們可W直接進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)而不需 要基站，大大減輕了基站的負載。D2D通信技術(shù)不僅可W提高系統(tǒng)的吞吐量，還可W減少終 端的能量消耗，同時由于其可W復(fù)用蜂窩用戶的頻譜資源進行通信，從而可W提高系統(tǒng)的 頻譜效率。
[0005] D2D通信在帶來諸多效益的同時，它也給無線資源管理提出了新的挑戰(zhàn)，尤其是當(dāng) D2D用戶復(fù)用蜂窩用戶資源進行通信時，會在兩者之間帶來嚴重的同頻干擾。在D2D用戶復(fù) 用蜂窩上行資源進行通信時，會對蜂窩用戶在基站側(cè)的接受產(chǎn)生干擾，而相對應(yīng)的蜂窩用 戶則會對D2D用戶的接受產(chǎn)生干擾，如何進行有效的干擾協(xié)調(diào)與資源優(yōu)化來保證D2D用戶與 蜂窩用戶的QoS成為研究D2D通信的一個重要課題。
[0006] 但是，在現(xiàn)有的研究中，基站需要知道所有通信鏈路的信道狀態(tài)信息，而蜂窩用戶 與D2D接收端之間的W及D2D通信鏈路之間的信道狀態(tài)信息，基站是很難獲取的。同時，當(dāng)蜂 窩小區(qū)中擁有多對D2D用戶和蜂窩用戶時，獲取通信鏈路之間的信道狀態(tài)信息時，無疑會增 加基站的信令負擔(dān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對W上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能顯著地降低蜂窩用 戶與D2D用戶的中斷概率，同時降低基站側(cè)的信令負擔(dān)的基于用戶位置信息的干擾協(xié)調(diào)方 法，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[000引一種基于用戶位置信息的D2D通信干擾協(xié)調(diào)方法，其包括W下步驟：
[0009] 101、在第一階段，設(shè)定一個中斷概率闊值計算出蜂窩用戶在基站側(cè)的中斷概 率，得出一個W基站為中屯、，WD2D用戶發(fā)射端到基站的距離為半徑的圓形區(qū)域，即為非復(fù) 用區(qū)，即在此圓形區(qū)域內(nèi)的D2D用戶不能復(fù)用蜂窩用戶的資源；只有在運區(qū)域之外才可W復(fù) 用蜂窩用戶的資源進行通信；
[0010] 102、在第二個階段，通過計算D2D接收端用戶在蜂窩用戶干擾下的中斷概率，得出 一個WD2D接收端為中屯、，蜂窩用戶到D2D用戶接收端的距離為半徑的圓形區(qū)域，即為非資 源區(qū)，即D2D用戶復(fù)用在此范圍之外的蜂窩用戶的資源。
[0011] 進一步的，所述步驟101采用了單小區(qū)情景下的干擾模型，即：基站BS位于蜂窩小 區(qū)的中屯、區(qū)域，蜂窩用戶與D2D用戶隨機分布在小區(qū)內(nèi)；假設(shè)小區(qū)內(nèi)有一對D2D用戶，Ν個蜂 窩用戶，并且規(guī)定一個D2D用戶最多只能復(fù)用一個蜂窩用戶的資源，D2D-TX表示D2D發(fā)射端， D2D-RX表示D2D接受端，第η個蜂窩用戶表示為CUEn，^c。表示為第η個蜂窩用戶到基站的距 離，?表示為D2D發(fā)射端到基站的距離，4：,表示為蜂窩用戶CUEi到D2D接收端的距離，Ρ表示 為D2D發(fā)射端到接收端的距離。
[0012] 進一步的，所述D2D接收端的接受信號可W表示為：
[0013]
[0014] 在上式中，XD表示為D2D發(fā)射端向接收端發(fā)射的信號，?表示蜂窩用戶i的發(fā)射信 號，hDD、Ar,n分別表示為D2D通信鏈路W及蜂窩用戶到D2D接收端的通信鏈路的信道衰落系 數(shù)，他們均服從高斯分布，PD、哉分別表示D2D發(fā)射端與蜂窩用戶的發(fā)射功率，α表示為路徑 損耗指數(shù)，no為加性高斯白噪聲。
[0015] 進一步的，所述步驟101蜂窩用戶在基站側(cè)的中斷概率為：
[0016]
[0017]其中4s(廟)與(總>1)分別為η的概率密度函數(shù)與分布函數(shù)，YB康示蜂窩用戶 在基站側(cè)的SINR，丫minln表示條件概率，在保護蜂窩用戶QoS的情況下：
[001 引
[0019] 首先根據(jù)他們的通信距離W及所要實現(xiàn)的SNR值，計算出在保證蜂窩用戶QoS的情 況下D2D用戶到基站的安全距離romin，即如果D2D用戶位于安全距離W內(nèi)，不允許復(fù)用蜂窩 用戶的資源進行通信。
[0020] 進一步的，所述步驟102計算D2D用戶的中斷概率具體為：
[0021] 首先得出D2D接收端的信干燥Η
用戶 接收端與發(fā)射端之間的信道衰落系數(shù)，η表示D2D用戶的SNR，N〇表示高斯白噪聲，表示第 i個蜂窩用戶到D2D接受端的信道衰落系數(shù)，^表示第i個蜂窩用戶的發(fā)射功率L表示蜂窩用 戶到基站的距離與該蜂窩用戶到D2D接收端距離的比值；
[0022] 貝化2D用戶的中斷概率表示為：
[0023]
[0024] 其中·4〇^.)與分別為鳴前概率密度函數(shù)與分布函數(shù)，丫 0表示D2D用戶 的目標SINR。
[0025] 本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下：
[0026] 本發(fā)明WD2D用戶和蜂窩用戶的位置信息來進行干擾協(xié)調(diào)，在W往的研究中，基站 需要獲取所有通信鏈路的信道狀態(tài)信息來進行干擾協(xié)調(diào)，但與基站非直連的通信鏈路信道 狀態(tài)信息是很難獲取的，與此同時還會增加基站的信令負擔(dān)?；谟脩粑恢眯畔⒌母蓴_協(xié) 調(diào)不需要準確獲取信道狀態(tài)信息，具有更好的實用性，同時減少基站的信令負擔(dān)。在通信過 程中用戶只需要不斷向基站報告自己的位置信息?；靖鶕?jù)用戶的位置信息來判斷用戶是 否可W進行D2D通信，W及為期分配資源。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明提供優(yōu)選實施例D2D用戶復(fù)用蜂窩用戶上行資源時的干擾模型圖；
[0028] 圖2為非復(fù)用區(qū)的示意圖。
【具體實施方式】
[0029] W下結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步說明：
[0030] 如圖1所示，1.系統(tǒng)模型
[0031] 在本文中，我們考慮單小區(qū)情景下的干擾分析，如圖1所示?；綛S位于蜂窩小區(qū) 的中屯、區(qū)域，蜂窩用戶與D2D用戶隨機分布在小區(qū)內(nèi)。在本文中我們假設(shè)小區(qū)內(nèi)有一對D2D 用戶，Ν個蜂窩用戶。并且規(guī)定一個D2D用戶最多只能復(fù)用一個蜂窩用戶的資源。在圖1中， D2D-TX表示D2D發(fā)射端，D2D-RX表示D2D接受端，第η個蜂窩用戶表示為CUEn /c。表示為第η個 蜂窩用戶到基站的距離，?表示為D2D發(fā)射端到基站的距離，4,表示為蜂窩用戶OJEi到D2D 接收端的距離，P表示為D2D發(fā)射端到接收端的距離。
[0032] 其中有：
[0033]
[0034] 在上述D2D通信系統(tǒng)中，D2D用戶對復(fù)用蜂窩用戶的上行資源進行通信。在D2D用戶 復(fù)用蜂窩用戶上行資源的情況下，會在基站側(cè)對蜂窩用戶的通信產(chǎn)生干擾，如圖1中的D2C interference ;同時，蜂窩用戶在會D2D的接收端對D2D通信產(chǎn)生干擾，如圖1中的C2D interference。因此D2D接收端的接受信號我們可W表示為：
[0035]
[0036] 在上式中，XD表示為D2D發(fā)射端向接收端發(fā)射的信號，·％,表示蜂窩用戶i的發(fā)射信 號，hDD、&co分別表示為D2D通信鏈路W及蜂窩用戶到D2D接收端的通信鏈路的信道衰落系 數(shù)，他們均服從高斯分布。PD、吃分別表示D2D發(fā)射端與蜂窩用戶的發(fā)射功率。α表示為路徑 損耗指數(shù)，no為加性高斯白噪聲。
[0037]對于蜂窩用戶與D2D用戶的功率，我們采用固定SNR的方案來設(shè)置蜂窩用戶與D2D 用戶的發(fā)射功率。我們設(shè)定蜂窩用戶與D2D用戶的SNR分別為η和ξ，即如下是所示：
[0044] 2.基于距離的干擾協(xié)調(diào)技術(shù)
[0045] 在運部分，我們分兩步來解決D2D用戶與蜂窩用戶之間的干擾。在第一步中我們將 通過限制D2D用戶到基站的距離來限制D2D用戶對蜂窩用戶的干擾;在第二步中我們通過限 制蜂窩用戶到D2D用戶的距離來減輕蜂窩用戶對D2D用戶的干擾。
[0046] 2.1基站側(cè)的干擾協(xié)調(diào)
[0047] 在D2D用戶復(fù)用蜂窩用戶資源的情況下，D2D用戶會對蜂窩用戶的通信在基站側(cè)產(chǎn) 生干擾。由于我們采用固定SNR的方案來控制蜂窩用戶發(fā)射功率，則由（3Α)式，（5)式可變換 為：
[004引
[0049] 從上式我們可W看出基站側(cè)的SINR與蜂窩用戶的位置信息無關(guān)，在D2D發(fā)射端的 功率一定的情況下，基站側(cè)的SINR是D2D發(fā)射端到基站的距離的函數(shù)。我們定義蜂窩用戶上 行鏈路的中斷概率為：當(dāng)基站側(cè)的SINR小于蜂窩通信所要求的最小信干燥比丫 min時，蜂窩 通信中斷。
[0050] 因此蜂窩用戶在基站側(cè)的中斷概率為：
[0化1 ]
[0052]其中與分別為η的概率密度函數(shù)與分布函數(shù)。
[00對如果|hi|2與相|2為相互獨立的指數(shù)分布，令Χ = α|?ιι|2，Υ = β|}?2|2+1/δΑα，β，δ> 0,則Ζ = ΧΛ的聯(lián)合分布函數(shù)為：
[0化4]
[0055]在(6)式中，由于|、s, f與I hDBS 12為相互獨立的指數(shù)分布，則蜂窩用戶在基站側(cè)的 中斷概率為：
[0化6]
[0057]我們用中斷概率來表征蜂窩用戶的QoS,我們可W設(shè)定一個中斷概率闊值當(dāng)蜂 窩用戶的中斷概率小于此闊值時，不影響系統(tǒng)的性能，如我們可W設(shè)為0.05。因此在保 護蜂窩用戶QoS的情況下，我們有：
[0065] 也就是說，如果D2D用戶進行直接通信時，基站會首先根據(jù)他們的通信距離W及所 要實現(xiàn)的SNR值，計算出在保證蜂窩用戶QoS的情況下D2D用戶到基站的安全距離romin，即如 果D2D用戶位于安全距離W內(nèi)，復(fù)用蜂窩用戶的資源進行通信時會對蜂窩用戶產(chǎn)生較嚴重 的干擾，我們定義到基站的距離在安全距離W內(nèi)的區(qū)域為非復(fù)用區(qū)。如果當(dāng)D2D用戶到基站 的距離在安全距離W外，則表示D2D用戶可W復(fù)用蜂窩用戶的資源進行通信。示意圖如圖2 所示。
[0066] 2.2D2D接收端的干擾協(xié)調(diào)
[0067] 在下面的文章中我們提出了一種基于距離的為D2D用戶選擇復(fù)用蜂窩用戶資源的 方法。同上面協(xié)調(diào)基站側(cè)的干擾一樣，我們?nèi)杂肈2D接收端的中斷概率來表征D2D用戶的 QoSo
[0068] 由式(3B)與式(4)，我們可得D2D接收端的SINR還可W寫為：
[00巧其中/f。, (f。,,)與fr。, (?:)分別為化的概率密度函數(shù)與分布函數(shù)。則由（4)式與(8) 式，我們可得：
[0073]
[0074] 我們要保證D2D用戶能夠通信，應(yīng)使其中斷概率小于某一闊值，我們設(shè)巧。進而 我們可W得出：
[0078]在運個蜂窩小區(qū)中我們設(shè)基站的坐標為(0,0)，蜂窩用戶的坐標為C(0,0)，D2D接 收端的坐標為(a, b)，蜂窩用戶的坐標為(x，y)。令：
[0084] 即在A〉1的情況下，可W復(fù)用上述圓形區(qū)域之外的蜂窩用戶的資源進行通信。
[0085] W上運些實施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。在 閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可W對本發(fā)明作各種改動或修改，運些等效變 化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于用戶位置信息的D2D通信干擾協(xié)調(diào)方法，其特征在于，包括以下步驟： 101、 在第一階段，設(shè)定一個中斷概率閾值計算出蜂窩用戶在基站側(cè)的中斷概率，得 出一個以基站為中心，以D2D用戶發(fā)射端到基站的距離為半徑的圓形區(qū)域，即為非復(fù)用區(qū)， 即在此圓形區(qū)域內(nèi)的D2D用戶不能復(fù)用蜂窩用戶的資源；只有在這區(qū)域之外才可以復(fù)用蜂 窩用戶的資源進行通信； 102、 在第二個階段，通過計算D2D接收端用戶在蜂窩用戶干擾下的中斷概率，得出一個 以D2D接收端為中心，以蜂窩用戶到D2D接收端為半徑的圓形區(qū)域，即為非資源區(qū)，D2D用戶 復(fù)用在此圓形區(qū)域范圍之外的蜂窩用戶的資源。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于用戶位置信息的D2D通信干擾協(xié)調(diào)方法，其特征在于，所 述步驟101采用了單小區(qū)情景下的干擾模型，即：基站BS位于蜂窩小區(qū)的中心區(qū)域，蜂窩用 戶與D2D用戶隨機分布在小區(qū)內(nèi)；假設(shè)小區(qū)內(nèi)有一對D2D用戶，N個蜂窩用戶，并且規(guī)定一個 D2D用戶最多只能復(fù)用一個蜂窩用戶的資源，D2D-Tx表示D2D發(fā)射端，D2D-RX表示D2D接受端， 第η個蜂窩用戶表示為CUE n，<_ ,,表示為第η個蜂窩用戶到基站的距離，rD表示為D2D發(fā)射端到 基站的距離，￡Ci表示為蜂窩用戶CUE^IjD2D接收端的距離，P表示為D2D發(fā)射端到接收端的距 離。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于用戶位置信息的D2D通信干擾協(xié)調(diào)方法，其特征在于，所 述D2D接收端的接受信號可以表示為：在上式中，xd表示為D2D發(fā)射端向接收端發(fā)射的信號，·^表示蜂窩用戶i的發(fā)射信號， 分別表示為D2D通信鏈路以及蜂窩用戶到D2D接收端的通信鏈路的信道衰落系數(shù)， 他們均服從高斯分布，PD、巧分別表示D2D發(fā)射端與蜂窩用戶的發(fā)射功率，α表示為路徑損耗 指數(shù)，no為加性尚斯白噪聲。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于用戶位置信息的D2D通信干擾協(xié)調(diào)方法，其特征在于，所 述步驟101蜂窩用戶在基站側(cè)的中斷概率為：其中fVBS( γ BS)與FYBS( Ymin)分別為rD的概率密度函數(shù)與分布函數(shù)，γ BS表不蜂窩用戶 在基站側(cè)的SINR，γ min I rD表示條件概率，在保護蜂窩用戶QoS的情況下：首先根據(jù)他們的通信距離以及所要實現(xiàn)的SNR值，計算出在保證蜂窩用戶QoS的情況下 D2D用戶到基站的安全距離rDmin，即如果D2D用戶位于安全距離以內(nèi)，不允許復(fù)用蜂窩用戶 的資源進行通信。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于用戶位置信息的D2D通信干擾協(xié)調(diào)方法，其特征在于，所 述步驟102計算D2D用戶的中斷概率具體為： 首先得出D2D接收端的信）表示D2D用戶接收 端與發(fā)射端之間的信道衰落系數(shù)，η表示D2D用戶的SNR，No表示高斯白噪聲，表示第i個 蜂窩用戶到D2D接受端的信道衰落系數(shù)，&表示第i個蜂窩用戶的發(fā)射功率L表示蜂窩用戶 到基站的距離與該蜂窩用戶到D2D接收端距離的比值； 貝1JD2D用戶的中斷概率表示為：其中(h, >與(/?)分別為的概率密度函數(shù)與分布函數(shù)，γ 〇表示D2D用戶的目 標SINR。
【文檔編號】H04W72/04GK106060763SQ201610355014
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】韋世紅, 黃祥, 劉遠航, 葉宗剛, 趙迎芝
【申請人】重慶郵電大學(xué)