CN111542104A

CN111542104A - 一种应用于设备间通信的闭环功率控制方法

Info

Publication number: CN111542104A
Application number: CN202010311635.9A
Authority: CN
Inventors: 盛彬; 张辉; 顾嘉雯; 张佳丽
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2020-08-14

Abstract

本发明公开了一种应用于设备间通信的闭环功率控制方法，尤其应用于D2D通信。首先，D2D通信中的接收用户根据导频估计接收信号功率；其次，接收用户将当前的接收功率与目标功率相比，根据结果通过反馈信道发送增加或降低发送功率的功率控制指令（TPC）到发送用户；最后，发送用户根据TPC和其它参数调整发送功率，完成一个闭环功率控制循环。

Description

一种应用于设备间通信的闭环功率控制方法

技术领域

本发明公开了一种应用于设备间通信的闭环功率控制方法；属于移动通信系统中的信号处理领域。

背景技术

D2D(device to device)技术是指通信网络中近邻设备之间直接交换数据信息的技术。通信系统或网络中，一旦D2D通信链路建立起来，传输数据就无需核心设备或中间设备的干预，这样可降通信系统核心网络的压力，大大提升频谱利用率和吞吐量，扩大了网络容量。相对于其它不依靠基础网络设施的直通技术而言，D2D更加灵活，既可以在基站控制下进行连接及资源分配，也可以在无网络基础设施的时候进行信息交互，甚至无网络覆盖的用户可以把处在网络覆盖中的用户设备作为中继，接入网络。

在3GPP LTE系统中，D2D的通信资源有Underlay和Overlay两种分配方式。Underlay是指D2D用户复用蜂窝用户的资源，而Overlay模式则是指系统为D2D用户分配专有的通信频段。另外，D2D可以复用蜂窝系统上行链路(Uplink)的资源，也可以复用下行链路(Downlink)的资源。当D2D用户复用蜂窝用户的资源时，虽然可以提高频谱效率，但是也带来与蜂窝用户以及其它D2D用户之间的干扰。例如：图1中有两对D2D用户和一个蜂窝用户。假设系统采用Underlay的资源分配方式，并复用蜂窝用户的上行链路资源，即用户A发送数据给用户B，用户C发送数据给用户D，以及蜂窝用户E发送数据给基站全部占用相同的资源。在这种情况下，用户D和用户E在通信的过程中受到用户A的干扰，如图中虚线所示。同理，用户B和用户E在通信的过程中受到用户C的干扰。为了降低干扰，D2D通信中必须进行功率控制。现有的方案都是基站通过调节D2D通信的发送功率来控制干扰。例如：图1中，为了保证蜂窝用户E的上行链路信干噪比(SINR)大于目标SINR，基站在D2D发起通信时，将用户A和用户C的发送功率设定为某个值。由于基站无法获得D2D通信用户之间的信道信息，所以D2D用户在通信期间一直采用该发送功率，直到通信结束。因此，现有方案都属于静态的开环(Open loop)功率控制技术，存在反映慢，无法跟踪信道变化的缺点。本发明提出了一种闭环(Close loop)的动态功率控制方法，通过D2D用户之间反馈功率增加或减少的控制信息，在保证通信质量的前提下，进一步降低与蜂窝用户以及其它占用相同资源的D2D用户间的干扰，并降低功耗，节省电量。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对D2D通信，引入闭环的动态功率控制技术，根据信道的变化来增加或降低发送功率，在保证通信质量的前提下，进一步降低与蜂窝用户以及其它占用相同资源的D2D用户间的干扰，并据此进一步提供一种快速可靠、实现复杂度低的功率控制方法。本发明提出了是一种适用于设备间通信(D2D)的闭环功率控制方法，可以在保证通信质量的前提下，降低与蜂窝用户以及其它占用相同资源的D2D用户间的干扰。

技术方案：为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种应用于设备间通信的闭环功率控制方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1)、D2D通信中的接收用户根据导频估计接收信号功率；

步骤2)、接收用户将当前的接收功率与目标功率相比，根据结果通过反馈信道发送增加或降低发送功率的功率控制指令到发送用户；

步骤3)、发送用户根据功率控制指令调整发送功率；

步骤4)、接收用户根据导频估计接收信号功率并跳转到步骤2)。

有益效果：

1.本发明的方法能在保证D2D通信质量的前提下，进一步降低与蜂窝用户以及其它占用相同资源的D2D用户间的干扰；

2.由于本发明的方法利用了D2D之间的信道信息，所以可以应用到D2D用户在通信的过程中发生移动的场景。

除了应用于蜂窝网络的3GPP LTE系统外，本发明的方法也可应用于其它网络的D2D系统，如物联网中的M2M(Machine to Machine)和网格网络(Mesh Network)等。

附图说明

图1是D2D通信中的干扰结构示意图。

图2是闭环功率控制的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好的理解本发明。需要特别注意的是，在以下的描述中，由于对一些已知的技术和功能的详细描述可能会淡化本发明的内容，这些描述在这里将被忽略。

D2D通信技术在不同的网络中有着不同的应用。比如：物联网中的M2M和网格网络中的多跳等，都是在不同的应用场景下对D2D技术进行了适当调整以满足其特殊的需求。下面以蜂窝通信网络的3GPP LTE的D2D技术为例详细说明本发明的工作过程，其主要过程也可适用于其它网络。按照3GPP TS 36.211协议，LTE将D2D通信链路定义为副链路(Sidelink)，共包含4种物理信道用于不同的传输目的。物理副链路发现信道(PSDCH)用于发现临近的用户；物理副链路广播信道(PSBCH)用于广播一些参数设置；物理副链路共享信道(PSSCH)用于传输用户数据信息；物理副链路控制信道(PSCCH)用于传送控制信令。另外，副链路还包含两种物理层(Physical layer)信号，分别为副链路解调参考信号(SL-DRS)和副链路同步信号(SL-SS)。由于PSBCH和PSDCH只在D2D链路建立的过程中发送，所以本发明主要应用于PSCCH和PSSCH信道。下面以PSSCH信道为例，详细说明本发明的过程。

步骤1)、D2D通信中的接收用户根据导频估计接收信号功率。

本发明提出的闭环功率控制技术主要应用于D2D通信的信息传输过程中，所以这里假设通信链路已建立。此时，D2D通信中的接收用户(UE)可以根据导频估计接收信号的功率。例如：在3GPP LTE中，SL-DRS可用作导频来估计参考信号接收功率(RSRP)。为了滤除噪声的影响，RSRP需要通过滤波器来处理，滤波器的权值由系统定义，并由基站通过高层信令通知用户。

步骤2)、接收用户将当前的接收功率与目标功率相比，根据结果通过反馈信道发送增加或降低发送功率的功率控制指令到发送用户。

接收用户将当前的接收功率与目标功率相比，比较结果分为三种情况：如果接收功率低于目标功率，通过反馈信道发送增加发送功率的功率控制指令(TPC)到发送用户；如果接收功率高于目标功率，通过反馈信道发送降低发送功率的TPC指令到发送用户；如果接收功率等于目标功率，通过反馈信道发送功率不变的TPC指令到发送用户。

在3GPP LTE中，D2D通信的双方可以采用频分(FDD)和时分(TDD)的双工方式。当采用FDD时，D2D通信的两个用户占用不同的频段同时发送信息给对方。在这种情况下，接收用户可通过发送信道将TPC反馈给发送端。当采用TDD时，D2D通信的两个用户占用不同的时间片先后发送信息给对方。在这种情况下，接收用户可在接收完对方信息后，在自己发送的时间上将TPC反馈给发送端。

步骤3)、发送用户根据功率控制指令调整发送功率。

通常，闭环功率控制是周期性的，存在控制周期。在3GPP LTE系统中，一帧(frame)有10ms，包含10个子帧(Sub-frame)。每个子帧包含2个0.5ms的时隙(Time slot)。本发明以3GPP LTE系统为例，假设控制周期为一个子帧，则第i个子帧的发送功率调整为：

其中，P_max(i)是UE的最大发射功率，由系统定义。通常，UE的典型发射功率范围为-50dBm～24dBm(10^-5mW～250mW)。此时，P_max(i)取值为24dBm(250mW)。M_HCSSP(i)为PSSCH在第i个子帧传输所用的资源块(RB)个数。在3GPP LTE系统中，通信资源的最小单位为RB，一个RB由一个时隙内所有OFDM符号在相同位置上的12个相邻子载波组成。P_{O_PSSCH}(j)表示预期的PSSCH信道的功率，是小区特有参数P_{O_NORMAL_PSSCH}(j)与UE特有参数P_{O_UE_PSSCH}(j)的和，即：

P_{O_PSSCH}(j)＝P_{O_NORMAL_PSSCH}(j)+P_{O_UE_PSSCH}(j)j∈{0,1} [公式二]

P_{O_NORMAL_PSSCH}(j)和P_{O_UE_PSSCH}(j)这两个参数由系统决定，并由基站通过高层的指令来设定。由于不同的小区覆盖范围可能不一样，所以不同小区的P_{O_NORMAL_PSSCH}(j)是不一样的。但是，同一小区不同用户的P_{O_NORMAL_PSSC}(_Hj)是一样的。另外，不同小区或同一小区不同用户的P_{O_UE_PSSCH}(j)是不一样的，根据设备的能力来设定。例如：可将P_{O_NORMAL_PSSCH}(j)的动态范围设为(-126，24)，精度为1dBm，使用8比特来表示，而将P_{O_UE_PSSCH}(j)的动态范围设为(-8,7),精度为1dBm。在D2D通信期间，P_{O_PSSCH}(j)的值根据不同的调度方式保持不变或缓慢变化。当j＝0时，基站采用静态调度，指示P_{O_PSSCH}(j)在D2D通信期间保持不变；当j＝1时，基站采用动态调度，指示P_{O_PSSCH}(j)在D2D通信期间保持周期变化，变化周期由基站高层信令通知。

[公式一]中的PL表示PSSCH信道的路径损耗(Path loss),由接收用户通过参考信号功率和RSRP(参考信号接收功率)来计算，即

PL＝参考信号功率-RSRP [公式三]

参考信号的发射功率可在PSBCH或PSDCH中广播。假设参考信号的功率范围在[-60dBm50dBm]中变化，则可用7个比特量化。另外，为了滤除噪声的影响，RSRP需要通过滤波器来处理，滤波器的权值由系统定义，并由基站通过高层信令通知用户。估计方法可采用现有算法，这里就不再赘述了。α表示路损的补偿权值，范围为{0,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1}，由基站通过高层信令通知用户。系统设置补偿权值的目地是为了进行“部分补偿”，既能提升发送功率，又不产生很大的小区间干扰。Δ_TF(i)为媒体接入层(MAC)层针对特定的调制编码方式(MCS)的功率调整值，由系统设定。D2D用户的MCS方式由基站的调度决定，采用现有的方式，与本发明无关，在这里也不再赘述了。

[公式一]中的为f(i)为发射机功率控制命令(TPC)，在D2D闭环功率控制中由接收用户的反馈所形成的调整值，通过PSCCH(副链路控制信道)对发送用户的功率进行调整。D2D的闭环功率控制可采用两种方式，分别为累积功率控制方式和绝对功率控制方式。在累积功率控制方式中，第i个子帧的TPC表示为：

f(i)＝f(i-1)+δ_PSSCH(i) [公式四]

其中δ_PSSCH(i)表示第i个子帧的攀爬因子。在绝对功率控制方式中，第i个子帧的TPC表示为：

f(i)＝δ_PSSCH(i) [公式五]

通常，攀爬因子可取正负值，从而增加或降低发送功率，如表1所示。此时，TPC指令有4个，可用2比特表示。

表1.攀爬因子

TPC指令	累积功率控制δ<sub>PSSCH</sub>(i)[dB]	绝对功率控制δ<sub>PSSCH</sub>(i)[dB]
			0	-1	-4
1	0	-1
			2	1	1
3	3	4

在闭环功率控制刚开始的时候，攀爬因子的初始值可设为0。此时，发送功率可设为：

其中各参数可由系统给定。路径损耗的计算可参照[公式三]，其中参考信号的发射功率可在PSBCH或PSDCH中读取，RSRP由接收用户自己测量。

步骤4)、接收用户根据导频估计接收信号功率并跳转到步骤2)；

本发明提出的闭环功率控制技术是一个循环过程。当发送用户收到TPC指令改变发送功率后即完成了一个循环或控制周期。接下来，D2D通信双方进入第二个控制周期，主要步骤与前一个一致，如图2所示。

根据以上描述，可以得到一种应用于设备间通信的闭环功率控制方法为：

步骤1)、D2D通信中的接收用户根据导频估计接收信号功率；

步骤3)、发送用户根据功率控制指令调整发送功率；

以上所述即使本发明的实施方法，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，再不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种应用于设备间通信的闭环功率控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

1)D2D通信中的接收用户根据导频估计接收信号功率；

2)接收用户将当前的接收功率与目标功率相比，根据结果通过反馈信道发送增加或降低发送功率的功率控制指令到发送用户；

3)发送用户根据功率控制指令调整发送功率；

4)接收用户根据导频估计接收信号功率并跳转到步骤2)。