CN102244873A - 一种基于d2d用户对的位置为其和蜂窝用户选择资源复用模式的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的技术方案应用于移动通信的蜂窝网络中，将端到端(Device-to-Device，D2D)技术应用于蜂窝网络，允许D2D用户对复用蜂窝网络用户的资源进行通信。本发明提出一种基于D2D用户对的位置来为D2D用户对和蜂窝用户选择资源复用模式的方法，根据每对D2D用户的位置选择当前场景下最优的资源复用模式来进行数据传输。本发明提出的方案简化了基站端为D2D用户对和蜂窝用户选择资源复用模式的算法的复杂度，而且能保证D2D用户对和蜂窝用户之间的干扰。这种方法具有很强的实际可操作性，在实际中易于实现、应用方式也比较灵活。

Description

一种基于D2D用户对的位置为其和蜂窝用户选择资源复用模式的方法

技术领域

本发明是将端到端(Device-to-Device，D2D)技术应用于蜂窝网络，D2D用户对复用蜂窝网络中用户的资源进行通信。或者是其它与在蜂窝网络中应用D2D技术有类似架构特性的通信网络。本发明提出了一种基于D2D用户对的位置为其和蜂窝用户选择资源复用模式的方法，它可以有效简化存在D2D通信的蜂窝网络中基站选择资源复用模式算法的复杂度。并在保证蜂窝用户最低通信速率的条件下，提高系统整体(包括蜂窝通信和D2D通信)的频谱效率。本发明提出的方法具有很强的实际可操作性。

背景技术

端到端(Device-to-Device，D2D)通信是一种在蜂窝系统的控制下，允许终端之间通过复用小区内资源直接进行通信的新型技术。它具有提高系统频谱利用率、减少终端电池消耗从而节省移动台功率、减低蜂窝小区基站的负载、改善系统用户公平性、提高无线网络的QoS、巩固下层结构、提供新的服务等优点。且能在一定程度上解决无线通信系统频谱资源匮乏的问题。D2D通信在蜂窝网中是工作在许可频段，它相对于工作在非许可频带的其它技术(如蓝牙、WLAN等)具有很多优点。只有许可频段能够保证提供干扰可控、稳定的通信环境，而非许可频段提供的服务不稳定，这对服务质量要求高的业务或特定用户是很重要的。

在蜂窝架构下的D2D通信通过共享小区资源来达到系统整体性能的提升。若D2D通信分配到正交的信道资源时，它不会对原来的蜂窝网络中的通信形成干扰。若D2D通信被分配到非正交的信道资源时，D2D通信将会对蜂窝链路中的接收端造成干扰。在通信负载较小的网络中，可以为D2D通信分配多余的正交的资源，这样显然可以取得更好的网络总性能。但是，由于蜂窝网络中的资源有限，考虑到通信业务对频率带宽的要求越来越高，而采用非正交资源共享的方式可以使网络有更高的资源利用效率。这也是在蜂窝网络中应用D2D通信的主要目的。

在非正交资源共享模式下，基站可以有多种资源分配方式，它们最后能得到不同的性能增益和实现复杂度。例如其中实现最简单的方式，基站可以随机选择小区内的资源；此外，基站还可以尽量选择距离D2D用户对较远的蜂窝用户的资源来进行资源共享，这样保证它们之间干扰尽可能地小。目前，D2D通信可以通过下面三种模式来与蜂窝用户共享资源：

1.基站转接模式：D2D用户对通过蜂窝网络基站的转接来进行通信。在此模式下，D2D用户与蜂窝用户的通信方式一样。D2D通信独立占用一半的资源，另一半由蜂窝通信占用。所有的通信都分配以正交独立的信道资源，并以最大功率进行传输。这个模式就是传统的蜂窝通信模式。

2.正交资源共享模式：D2D通信与蜂窝通信平分资源，独立占用一半的信道资源直接进行端到端的通信，蜂窝用户占用另一半信道资源。此模式下，D2D通信与蜂窝通信之间不会产生干扰。

3.复用蜂窝用户的资源：D2D用户将与蜂窝用户复用其资源，相互之间会造成干扰。而蜂窝基站为D2D通信和蜂窝通信分配传输功率大小，协调相互之间的干扰。

D2D通信可以与蜂窝通信共享上行链路资源或下行链路资源。无论对于上行链路共享还是下行链路共享，基站都可以从以上三种资源共享方案中选择使系统总数据速率最大的方式。由于上行链路或下行链路共享时，干扰的来源和大小有所不同，所以在具体实施时需要在基站端考虑不同的干扰控制方法。

发明内容

在有D2D通信的蜂窝网络中，D2D用户对和蜂窝用户进行资源共享分配时，为了降低基站端选择资源共享方案算法的复杂度，本发明提出一种基于D2D用户对的位置为其和蜂窝用户选择资源复用模式的方法。这种方法能在执行资源共享时，极大地降低基站端的实现复杂度，并有效控制了D2D用户对与其复用资源的蜂窝用户之间的干扰。本发明的基本原理是：首先通过精确理论推导、仿真或测试等可重复实现的手段，对存在D2D通信的蜂窝网络进行分析，得到不同场景下位于小区内不同区域位置的D2D用户对最优的资源复用模式；然后在对应的实际场景中，基于之前的分析结果，根据D2D用户对的位置确定其复用蜂窝用户资源的模式。

本发明主要针对的是蜂窝网络中，存在一个或多个D2D用户对，它们可通过共享蜂窝网络中的资源来完成通信。设系统中存在N个蜂窝用户U₁，U₂，...，U_N，M对D2D用户(D₁，D₂)，(D₃，D₄)，...，(D_2M-1，D_2M)。本发明为D2D用户对选择合适的资源复用模式，其具体步骤为：

步骤1：理论推导、仿真或测试等分析。对存在D2D通信的蜂窝网络中，选取系统某个或多个性能参数为指标，用理论推导、仿真或测试等方法进行分析，得到不同场景下位于小区内不同区域位置的D2D用户对最优的资源复用模式。

步骤2：确定实际系统中D2D用户对的位置。基站可以是通过全球定位系统(Global Position System，GPS)或者普通的基站定位算法进行定位，或者由D2D用户对主动向基站报告其位置，或者其它类似的定位方法为D2D用户对的位置进行定位。

步骤3：确定D2D用户对与蜂窝用户的资源共享模式。基于步骤1的分析结果和步骤2的位置信息，为D2D用户对确定最优的资源共享模式。

步骤4：基站根据步骤3确定的资源共享模式为蜂窝用户和D2D用户对分配资源，对D2D用户对和蜂窝用户进行功率分配。使用合适的功率控制方案可以进一步减小D2D用户对和蜂窝用户之间的干扰。

最后D2D用户对和蜂窝用户分别利用分配到的资源和功率完成通信。

这种基于D2D用户对的位置为其和蜂窝用户选择资源复用模式的方法基站可以有效降低基站端选择资源共享模式算法的复杂度，直接根据D2D用户对的定位结果即可确定最优的资源共享模式。

附图说明

结合以下附图以及具体实例对发明所做的详细描述将便于理解本发明的原理、步骤、特点和优点，附图中：

图1是表示本发明的系统模型。

图2是表示本发明在实际网络中的一个具体实施方案。

具体实施方式

为便于理解，本发明以一个LTE-A系统下的D2D通信网络为例，来说明D2D技术应用于蜂窝网络，基站通过对D2D用户对的位置进行定位的方法来为D2D用户对和蜂窝用户选择资源复用模式的方法。设系统中有10个蜂窝用户，分别为U₁，U₂，...，U₁₀；有两对D2D用户，(D₁，D₂)和(D₃，D₄)。这里的蜂窝用户数和D2D用户对数都可以是不同的。本发明对于所有具有这个示例中基本特征的网络结构模型都普遍适用。这些D2D用户可以在基站的协调下直接进行通信，且D2D用户对在通信时可与宏蜂窝通信共享网络资源。

基站端为蜂窝用户和D2D用户对确定资源共享模式和资源分配的具体过程如下：

1.理论推导、仿真或测试等分析。选取系统整体吞吐量(包括宏蜂窝用户和D2D用户)作为性能指标，来评估各种资源共享模式的优劣。用理论推导、仿真或测试等方法对存在D2D通信的蜂窝网络进行分析，比较各种资源共享模式。为不同场景下位于小区内不同区域位置的D2D用户对选取最优的资源复用模式：距离基站最近的D2D用户对选用基站转接模式进行通信；稍远位置的D2D用户对选用正交资源共享模式；再往外的D2D用户对选取与宏蜂窝用户共享资源的模式，且距离基站中心越远，最优资源复用模式复用越多蜂窝用户的资源。

2.在实际存在D2D通信的蜂窝网络中，基站通过定位算法确定D2D用户对的位置。

3.基站根据步骤1的分析结果和步骤2的定位结果，为各D2D用户对选取最优的资源共享模式。如附图2所示，(D₁，D₂)选择复用多个蜂窝用户资源的模式，它复用U₂、U₃和U₄使用的资源，(D₃，D₄)选择复用单个用户U₈资源的模式。

4.基站根据步骤3确定的资源共享模式为蜂窝用户和D2D用户对分配资源，并进行功率分配。

最后D2D用户对和蜂窝用户分别利用分配到的资源和功率完成通信。

这里需要注意的是：为了最大限度抑制干扰，在实际中可以设定如果一个蜂窝用户的资源已被一个D2D用户对复用，则它不能被其它的D2D用户对复用，即一个蜂窝用户的资源最多只能由一对D2D用户复用。

由此可见，本方案可以有效降低基站为D2D用户对选择合适的资源共享模式算法的复杂度，而且选择的模式是通过之前的理论分析、仿真或者实测的结果总结，所以有效控制了蜂窝用户与D2D用户对之间的干扰。

综合以上讨论可以看出，本发明提出了将D2D技术应用于蜂窝网络时，通过基站对D2D用户对的定位来为D2D用户对选择资源复用模式，本发明具有如下特点：

1.基站端为D2D用户对选择资源复用模式的算法简单，只需要根据基站对D2D用户对的定位结果来选择已经分析好的最优资源复用模式。

2.这种选择方法可以有效抑制复用资源的D2D用户对和蜂窝用户之间的干扰，从而提高系统总体数据速率。

3.本发明提出的方法对具体的应用系统和协议规范不敏感，具备兼容性，即对任何与此发明中模型类似的系统均可以利用本发明提出的方法来进行数据传输和共享。

总之，本发明是一种全新高效的数据传输技术，其目的是提高系统频谱效率，增加D2D通信可靠性的同时减少资源复用模式算法的复杂度，从而提高移动通信系统的整体性能。

Claims (7)

1.将端到端(Device-to-Device，D2D)技术应用于蜂窝网络，基站通过D2D用户对的位置来为D2D用户和蜂窝用户选择资源复用模式的方法。

2.基于包括系统中的网络架构、通信设备、可用发射功率以及通信频段等通信资源，针对由各通信资源的不同划分和组合而构成的通信信道，将D2D技术应用于蜂窝网络中并根据D2D用户对的位置来为D2D用户对和蜂窝用户选择资源复用的模式，可以有效降低基站端选择资源复用模式算法的复杂度，并抑制了D2D用户和蜂窝用户之间的干扰。在这种方案中，基于存在D2D通信的蜂窝网络模型，根据D2D通信复用蜂窝用户的资源的原理，设定的方案的实现步骤为：

步骤1：理论推导、仿真或测试等分析。对存在D2D通信的蜂窝网络中，选取系统某个或多个性能参数为指标，用理论推导、仿真或测试等方法进行分析，得到不同场景下位于小区内不同区域位置的D2D用户对最优的资源复用模式。

步骤2：确定实际系统中D2D用户对的位置。基站可以是通过全球定位系统(Global Position System，GPS)或者普通的基站定位算法进行定位，或者由D2D用户对主动向基站报告其位置，或者其它类似的定位方法为D2D用户对的位置进行定位。

步骤3：确定D2D用户对与蜂窝用户的资源共享模式。基于步骤1的分析结果和步骤2的位置信息，为D2D用户对确定最优的资源共享模式。

步骤4：基站根据步骤3确定的资源共享模式为蜂窝用户和D2D用户对分配资源，对D2D用户对和蜂窝用户进行功率分配。使用合适的功率控制方案可以进一步减小D2D用户对和蜂窝用户之间的干扰。

最后D2D用户对和蜂窝用户分别利用分配到的资源和功率完成通信。

3.如权利要求2中步骤1所述的选取系统某个或多个性能参数为指标，通过可重复实现的手段，包括但不限于精确的理论推导、仿真或测试等方法进行分析，得到不同场景下位于小区内不同区域位置的D2D用户对最优的资源复用模式。包括分析的思想、方法。

4.如权利要求2中步骤2所述的基站通过定位算法定位D2D用户对的位置。包括应用于本发明的网络架构和类似的网络架构的定位方法和相应位置信息的存储。例如但不限于：可以是通过全球定位系统(Global Position System，GPS)或者普通的基站定位算法进行定位，或者由D2D用户对主动向基站报告其位置。

5.如权利要求2中步骤3所述确定D2D用户对与蜂窝用户的资源共享模式。基于步骤1的分析结果和步骤2的位置信息，为D2D用户对确定最优的资源共享模式。包括选择资源复用模式的思想、算法和步骤。

6.如权利要求2中步骤4所述的基站根据步骤3确定的资源共享模式为蜂窝用户和D2D用户对分配资源，对D2D用户对和蜂窝用户进行功率分配。包括应用于本发明的网络架构和类似的网络架构的功率分配的思想、算法和步骤。

7.基于D2D用户对的位置最优的资源复用模式的选择策略，例如但不限于：距离基站最近的D2D用户对选用基站转接模式进行通信；稍远位置的D2D用户对选用正交资源共享模式；再往外的D2D用户对选取与宏蜂窝用户共享资源的模式，且距离基站中心越远，最优资源复用模式复用越多蜂窝用户的资源。

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