专利名称：分数频率复用蜂窝小区的d2d用户功率控制及资源分配方法
技术领域：
本发明涉及通信领域,特别涉及分数频率复用(Fractional Frequency Reuse,FFR)部署的蜂窝小区环境下对D2D(Device-to-Device)通信系统复用蜂窝上行信道资源进行功率控制以及信道资源分配方法。
背景技术：
在分数频率复用蜂窝网络中引入D2D (Device-to-Device)通信系统可以提高频谱利用率，提高系统吞吐量，减少用户能量消耗。在D2D通信系统复用蜂窝用户信道资源情况下，D2D通信系统与蜂窝通信系统之间的相互干扰会导致双方通信信干噪比(SINR)下降，从而使得双方通信质量下降。现有文献中给出的分数频率复用蜂窝网络中引入D2D通信系统的信道资源分配方法提出:当D2D用户处于分数频率复用蜂窝小区中心区域，则基站为D2D用户分配相邻小区边缘蜂窝用户所使用的信道资源；当D2D用户处于分数频率复用蜂窝小区边缘区域时，则基站为D2D用户分配本小区中心区域蜂窝用户所使用的信道资源。在对现有方法进行分析后，发现文献所提方法未涉及到D2D用户的功率控制问题，功率控制在协调D2D系统与蜂窝通信系统之间干扰起到很大作用；文献所提方法未对D2D用户可接入区与可复用资源区进行优化，在某些情况下仍可能存在较大干扰，尤其当D2D用户位于小区边缘区域情况下。
发明内容
本发明提供了一种分数频率复用蜂窝小区的D2D用户功率控制及资源分配方法，通过该方法可以对D2D通信系统进行功率控制和信道资源分配。一种分数频率复用蜂窝小区的D2D用户功率控制及资源分配方法，包括:(I) D2D通信系统功率控制:根据通信信道包括基于路径损耗的大尺度衰落和服从指数分布小尺度衰落的假定，计算蜂窝用户的中断概率，根据预设的蜂窝通信SINR门限Yrfh以及中断概率门限
ε -，得到D2D用户最高发射功率；(2)生成中心D2D用户可接入区与可复用信道资源区:(2.1)生成中心D2D用户可接入区与可复用信道资源:根据本小区或相邻小区边缘蜂窝用户的最低发射功率，以及中心D2D用户的SINR门限、中断概率门限和最高发射功率，计算得到中心D2D用户发射端到本小区基站的距离da。的取值范围，记为集合Da。；中心D2D用户可接入区为Acent={dac;Idac e Dac，dac;彡Rth}，Ra为分数频率复用蜂窝小区的中心区域的半径；中心D2D用户可复用信道资源区为相邻小区边缘区域，记为Beent,即中心D2D用户可复用信道资源为相邻小区任意未被本小区中心D2D用户复用的边缘蜂窝用户所使用的信道资源；(2.2)生成边缘D2D用户可接入区与可复用信道资源:根据本小区中心蜂窝用户发射功率，以及边缘D2D用户的SINR门限、中断概率门限和最高发射功率，计算得到边缘D2D用户发射端距离本小区基站的距离dae与可被复用蜂窝用户距离基站的距离dk的关系式，即得到边缘D2D用户可接入区Aedge与可复用信道资源区Bedge的关系；用户根据自身需求预设CU取值范围，即边缘D2D用户可接入区Aedge,或者预设dk取值范围，即边缘D2D用户可复用信道资源区Bedge,相应得到边缘D2D用户可复用信道资源区Bedge或者边缘D2D用户可接入区Aedge ；(3) D2D通信信道资源分配:获取待接入D2D用户距离本小区基站距离dd2d，判断dd2d e (Acent U AedgJ是否成立；如判断^ IKMKiJ，则待接入D2D用户无法复用蜂窝用户信道资源，系统为其分配专用的上行或者下行蜂窝信道资源；如判断dd2d e (Acent U AedgJ，进一步判断dd2d e Acent是否成立；判断dd2d e Acent成立，则待接入D2D用户属于中心D2D用户，为其分配Beent内未被本小区D2D用户复用的蜂窝用户信道资源；判断dd2d e Aedge成立，则待接入D2D用户属于边缘D2D用户，为其分配Bedge内未被本小区D2D用户复用的蜂窝用户信道资源。步骤(I)中，所述根据预设的蜂窝通信SINR门限Yrth以及中断概率门限erth，得到D2D用户最高发射功率，具体包括:(1.1)获取D2D用户距离本小区基站的`距离，判断D2D用户是否位于分数频率复用蜂窝小区的中心区域；(1.2)如果判断D2D用户位于分数频率复用蜂窝小区的中心区域，则获取本小区或相邻小区边缘蜂窝用户的最低发射功率Pke，根据预设的蜂窝通信SINR门限Yrth以及中断概率门限ε eth，得到D2D用户最高发射功率Paemax ;如果判断D2D用户位于分数频率复用蜂窝小区的边缘区域，则获取本小区中心被复用蜂窝用户的发射功率Pk。及所处位置距离基站距离dk，根据预设的蜂窝通信SINR门限Yeth以及中断概率门限eeth，得到D2D用户最高发射功率Paemax。步骤(2.1)中生成中心D2D用户可接入区具体包括获取本小区或相邻小区边缘蜂窝用户的最低发射功率，以及中心D2D用户的SINR门限、中断概率门限和最高发射功率，得到中心D2D通信中断概率表达式；根据中心D2D用户通信中断概率小于所预设的中断概率门限条件，计算中心D2D用户可接入区。步骤(2.2)中生成边缘D2D用户可接入区具体包括获取本小区中心蜂窝用户发射功率，以及边缘D2D用户的SINR门限、中断概率门限和最高发射功率，得到边缘D2D用户通信中断概率表达式；根据边缘D2D用户通信中断概率限制条件，计算得到边缘D2D用户可接
入区Aedge与可复用信道资源区Bedge的关系。本发明提供的分数频率复用蜂窝小区的D2D用户功率控制及资源分配方法为低复杂度算法；仅获取待接入D2D发射端距离基站的距离，既可以完成D2D通信链路的资源分配以及功率控制；且仅需在蜂窝小区部署初始化或者用户重新定义时执行；提高频谱利用率；提高系统吞吐量；减少用户能量消耗。
图1为本发明中D2D通信系统复用分数频率复用蜂窝用户上行信道的功率控制与信道资源分配流程图；图2为本发明中生成分数频率复用蜂窝小区的D2D用户可接入区与可复用信道资源区流程图；图3为本发明中分数频率复用蜂窝小区的D2D用户资源分配与功率控制流程图；图4为本发明提供的一个实施例中蜂窝用户的平均SINR累计分布函数；图5为本发明提供的一个实施例中D2D用户的平均SINR累计分布函数。
具体实施例方式本发明提供了一种为分数频率复用蜂窝小区下的D2D通信系统进行功率控制与信道资源分配的方法，该方法如图1所示，包括:S11、生成D2D用户可接入区以及可复用信道资源区；S12、犹取待接入D2D用户距尚本小区基站的距尚dd2dS13、根据SI I获得的待接入D2D用户发射端到本小区基站的距离dd2d判断dd2d e (Acent U AedgJ是否成立，即待接入D2D发射端是否处于D2D用户可接入区内；S14、S13判断<2,在则该D2D用户不采用复用蜂窝信道资源模式，基站为其分配该D2D用户发射端的专用蜂窝信道资源与功率；S15、S13判断dd2d e (Acent U AedgJ，则该D2D用户采用复用蜂窝信道资源模式，基站为该D2D用户分配复用的蜂窝信道资源与发射功率；其中，Sll生成D2D用户可接入区以及可复用信道资源区具体包括:S111、获取相邻小区或本小区边缘蜂窝用户最低发射功率Pke以及所使用的信道资源信息；S112、记中心D2D用户可接入区内某一 D2D发射端a到本小区基站的距离为dac，获取预设的蜂窝用户信干噪比(SINR)门限Yeth、中断概率门限^eth;根据D2D通信系统对被复用蜂窝通信链路引起的中断概率需要小于中断概率门限％th的条件，得到该中心D2D发射端最大发射功率；中断概率定义为蜂窝通信链路接收端接收到的SINR (记为Y_t)小于预设的信干噪比门限Y cth的概率，即已U cent ( Y cth) ( ε cth ; Y cent可表示为:
权利要求
1.一种分数频率复用蜂窝小区的D2D用户功率控制及资源分配方法，其特征在于，包括: (1)D2D通信系统功率控制: 根据通信信道增益包括 基于路径损耗的大尺度衰落和服从指数分布小尺度衰落的假定，计算蜂窝用户的中断概率，中断概率定义为接收端接收信号的信干噪比(SINR)小于某一预设门限的概率；根据预设的蜂窝通信SINR门限Yrfh以及中断概率门限Lth，得到D2D用户最高发射功率； (2)生成D2D用户可接入区与可复用信道资源区: (2.1)生成中心D2D用户可接入区与可复用信道资源: 根据本小区或相邻小区边缘蜂窝用户的最低发射功率，以及中心D2D用户的SINR门限、中断概率门限和最高发射功率，计算得到中心D2D用户发射端到本小区基站的距离da。的取值范围，记为集合Da。； 中心D2D用户可接入区为A_t = {dac I dac e Dac, dac ( RtJ，Rth为分数频率复用蜂窝小区的中心区域的半径； 中心D2D用户可复用信道资源区为相邻小区边缘区域，记为Beent,即中心D2D用户可复用信道资源为相邻小区任意未被本小区D2D用户复用的边缘蜂窝用户所使用的信道资源； (2.2)生成边缘D2D用户可接入区与可复用信道资源: 根据本小区中心蜂窝用户发射功率，以及边缘D2D用户的SINR门限、中断概率门限和最高发射功率，计算得到边缘D2D用户发射端到本小区基站的距离dae与可被复用蜂窝用户距离基站的距离dk的关系式，即得到边缘D2D用户可接入区Aedge与可复用信道资源区Bedge的关系； 用户根据自身需求预设CU取值范围，即边缘D2D用户可接入区Aedge,或者预设dk取值范围，即边缘D2D用户可复用信道资源区Bedge,相应得到边缘D2D用户可复用信道资源区Bedge或者边缘D2D用户可接入区Aedge ； (3)D2D通信信道资源分配: 获取待接入D2D用户距离本小区基站距离dd2d，判断dd2d e (Acent U AedgJ是否成立；如判断Acent U AedgJ则待接入D2D用户无法复用蜂窝用户信道资源，系统为其分配专用上行或下行蜂窝信道资源与功率；如判断dd2d e (Acent U AedgJ，进一步判断dd2d e Acent是否成立；判断dd2d e Acent成立，则待接入D2D用户属于中心D2D用户，为其分配Beent内未被本小区D2D用户复用的蜂窝用户信道资源；判断dd2d e Aedge成立，则待接入D2D用户属于边缘D2D用户，为其分配Bedge内未被本小区D2D用户复用的蜂窝用户信道资源。
2.根据权利要求1所述的分数频率复用蜂窝小区的D2D用户功率控制及资源分配方法，其特征在于，步骤(1)中，所述根据预设的蜂窝通信SINR门限Yrfh以及中断概率门限ε cth,得到D2D最高发射功率，具体包括: (1.1)获取D2D用户距离本小区基站的距离，判断D2D用户是否位于分数频率复用蜂窝小区的中心区域； (1.2)如果判断D2D用户位于分数频率复用蜂窝小区的中心区域，则获取本小区或相邻小区边缘蜂窝用户的最低发射功率Pke，根据预设的蜂窝通信SINR门限Yrth以及中断概率门限ε ，得到D2D用户最高发射功率Paanax ;如果判断D2D用户位于分数频率复用蜂窝小区的边缘区域，则获取本小区中心被复用蜂窝用户的发射功率Pk。及所处位置距离基站距离dk，根据预设的蜂窝通信SINR门限Yeth以及中断概率门限^eth，得到D2D用户最高发射功率Paemax。
3.根据权利要求2所述的分数频率复用蜂窝小区的D2D用户功率控制及资源分配方法，其特征在于，步骤(2.1)中生成中心D2D用户可接入区具体包括: (1.D获取本小区或相邻小区边缘蜂窝用户的最低发射功率，以及中心D2D用户的SINR门限、中断概率门限和最高发射功率，计算得到中心D2D用户通信中断概率表达式； (1.2)根据中心D2D用户通信中断概率小于所预设的中断概率门限条件，计算得到中心D2D用户可接入区。
4.根据权利要求3所述的分数频率复用蜂窝小区的D2D用户功率控制及资源分配方法，其特征在于，步骤(2.2)中生成边缘D2D用户可接入区具体包括: (1.D获取本小区中心蜂窝用户发射功率，以及边缘D2D用户的SINR门限、中断概率门限和最高发射功率，计算得到边缘D2D通信中断概率表达式； (1.2)根据边缘D2D用户通信中断概率限制条件，计算得到边缘D2D用户可接入区Aedge与可复用信道资源区 Bedge的关系。
全文摘要
本发明公开了一种分数频率复用蜂窝小区中的D2D通信系统复用蜂窝上行信道资源的功率控制及信道资源分配方法，包括“FFR蜂窝小区内的D2D通信信道资源分配”和“FFR蜂窝小区内的D2D通信系统功率控制”。FFR蜂窝小区内的D2D通信信道资源分配包括获取D2D通信双方相互距离以及蜂窝用户发射功率；得到可接入D2D用户所处区域，即D2D用户可接入区；得到被复用蜂窝所处区域，即可复用信道资源区。FFR蜂窝小区内的D2D通信系统功率控制包括判断D2D用户所处D2D用户可接入区；判断D2D用户可复用信道资源区；获取可复用信道资源区内被复用蜂窝用户所处位置发射功率；得到D2D用户发射功率。
文档编号H04W72/04GK103079260SQ20121058677
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者余官定, 鲍鹏程, 钟财军, 殷锐, 徐艳芳 申请人:浙江大学