一种应用于蜂窝网络的D2D通信模式选择方法与流程

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种应用于蜂窝网络的d2d通信模式选择方法。

背景技术：

d2d(device-to-device)通信技术允许用户之间直接传输数据而不用经过基站转发，以此来提高用户传输速率，降低网络负载。d2d通信模式又可以分为复用模式、专用模式和蜂窝模式。使用复用模式的d2d用户通信共享小区内其他蜂窝用户的频谱资源，该模式可以有效提高频谱资源利用率，但由于使用相同的频谱资源使得d2d用户和蜂窝用户之间会产生干扰。使用专用模式的d2d用户使用与蜂窝用户正交的专用频谱资源，该模式下d2d用户与蜂窝用户之间没有干扰，但使用专用资源不利于提高资源利用率。使用蜂窝模式的d2d用户与传统蜂窝用户一样通过基站转发数据。

需要通过为d2d用户选择合适的通信模式来降低干扰、提高用户速率和频谱资源利用率。现有的模式选择算法中，基于距离的模式选择策略会对蜂窝用户产生干扰，最小化d2d用户发射功率的策略则会导致d2d通信速率较低。

蜂窝小区间d2d通信传输模式切换方法(申请号：201410031878.1)公开的技术方案为，根据蜂窝系统传输总可达速率最大化准则，蜂窝小区间的d2d用户在传统蜂窝通信模式、传统d2d通信模式和双向中继d2d通信模式三种模式中动态切换，包括如下步骤：1)在各传输时段末，基站获取蜂窝用户对d2d用户终端的干扰，基站对d2d用户终端的干扰，d2d用户间的距离信息以及信道状态信息；2)根据步骤1)所获信息，基站通过计算或查表得到干扰阈值及距离阈值，并基于此确定其最优传输模式；3)在下一传输时段对各用户按其最优传输模式进行传输，在各传输时段末根据其信道变化动态切换传输模式。该专利将数据传输过程划分成数个时段，并在每个时段传输结束后进行一次模式选择，这种人为划分降低了数据传输效率，并且多次进行模式选择提高了模式选择的计算开销。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提出了一种应用于蜂窝网络的d2d通信模式选择方法，在d2d通信中为d2d用户选择合适的通信模式，以降低对蜂窝用户的干扰，提高d2d用户传输速率和小区频谱资源利用率。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：在整个设计方法中，主要分为两部分：模式选择、资源分配。模式选择用于确定在d2d通信中选择复用模式或者专用模式、带中继蜂窝模式、无中继蜂窝模式。资源分配负责在确定通信模式后为用户分配资源。主要流程步骤为：

某一时刻用户发起d2d通信请求，首先判断是否能够在d2d发射方功率不超过功率阈值的条件下使得d2d接收方的sinr达到阈值；

如果满足条件则使用复用模式进行d2d通信；

否则判断小区是否有剩余的专用资源，若有则分配专用资源给d2d用户，d2d用户使用专用模式进行d2d通信；

若没有剩余的专用资源，则使用蜂窝模式，此时执行中继选择步骤，判断是否使用中继提高容量。

上述的d2d通信模式选择方法中，功率阈值为23dbm。

方法中所述的确定是否满足条件使用复用模式进行d2d通信具体在于：

步骤1.1)：基站选择距离d2d通信接收方距离最远的蜂窝用户作为资源复用对象，计算该蜂窝用户的发射功率；

步骤1.2)：根据蜂窝用户的发射功率和d2d通信的sinr阈值计算出d2d发射方需要达到的发射功率；

步骤1.3)：比较d2d发射功率和功率阈值，当发射功率不高于阈值则复用模式满足使用条件，否则不满足使用条件。

方法中所述的d2d专用模式资源分配具体在于：

步骤2.1)：计算出需要分配专用资源的所有d2d对的理论速率；

步骤2.2)：将所有d2d对按速率从低到高排序得到专用模式请求队列；

步骤2.3)：从第一个d2d对开始根据其速率d，总速率c，专用资源总数k，计算其权重w＝d/c，应分配的资源数i＝1,2,3,…,n，n为d2d的数量；

步骤2.4)：若r＝0则将此d2d对选择蜂窝模式通信并从专用模式请求队列中移除，回到步骤2.3，若r≠0则根据2.3所述公式依次为每个d2d对分配资源；

中继选择步骤：根据小区的snr阈值计算进行蜂窝通信所需功率，snr阈值为10db。再计算使用相同功率使用中继后的系统容量并与不使用中继时的系统容量相比较，若使用中继后系统容量更大则采用中继转发的蜂窝模式通信，否则采用无中继的蜂窝模式进行通信。

方法中所述的中继选择具体在于：

步骤3.1)：根据小区snr阈值计算无中继蜂窝通信所需的发射功率和系统容量；

步骤3.2)：计算使用与无中继通信相同的功率进行有中继通信时的系统容量；

步骤3.3)：比较无中继和有中继通信的容量，选择容量较高的通信模式。

本发明具有以下有益效果：通过设置d2d发射功率上限来保证蜂窝用户不受干扰，设置d2d用户sinr下限来保证d2d用户的通信质量，通信模式还包含专用模式和蜂窝模式，并通过引入中继站进一步提高用户传输速率。

1)在小区内引入了位置固定的中继站，具有结构简单、传输稳定和吞吐量较大的优点，有效改善蜂窝模式下用户的传输速率。

2)使用的模式选择和资源分配方法可以有效限制小区内的用户间干扰，提高了频谱利用率，节省载波资源提升用户数据传输速率。

附图说明

图1为本发明实施例的模式选择流程。

图2为本发明实施例的资源分配流程。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明。

在整个设计方法中，主要分为两部分：模式选择、资源分配。模式选择用于确定在d2d通信中选择复用模式或者专用模式、在蜂窝通信中选择是否使用中继。资源分配负责在确定通信模式后为用户分配资源。如图1所示，主要流程步骤为：

步骤1)：一对d2d用户发起传输要求，基站根据预设的蜂窝用户snr计算出蜂窝用户的发射功率，根据蜂窝用户功率计算出d2d用户的sinr，计算d2d用户的发射功率p，并与功率阈值对比；

首先判断是否能够在d2d发射方功率不超过功率阈值的条件下使得d2d接收方的sinr达到阈值，功率阈值为23dbm，如果满足条件则使用复用模式进行d2d通信(发射功率p不超过功率阈值时使用d2d复用模式)，否则执行步骤2；

方法中所述的确定是否满足条件使用复用模式进行d2d通信具体在于：

步骤1.1)：基站选择距离d2d通信接收方距离最远的蜂窝用户作为资源复用对象，计算该蜂窝用户的发射功率；

步骤1.2)：根据蜂窝用户的发射功率和d2d通信的sinr阈值计算出d2d发射方需要达到的发射功率；

步骤1.3)：比较d2d发射功率和功率阈值，当发射功率不高于阈值则复用模式满足使用条件，否则不满足使用条件。

步骤2)：当发射功率p超过功率阈值时判断是否有空闲的专用资源，当有空闲的专用资源时使用d2d专用模式；如，专用资源占总资源的20％，否则执行步骤3；

如图2所示，方法中所述的d2d专用模式资源分配具体在于：

步骤2.1)：计算出需要分配专用资源的所有d2d对的理论速率；

步骤2.2)：将所有d2d对按速率从低到高排序得到专用模式请求队列；

步骤2.3)：从第一个d2d对开始根据其速率d，总速率c，专用资源总数k，计算其权重w＝d/c，应分配的资源数

步骤2.4)：若r＝0则将此d2d对选择蜂窝模式通信并从专用模式请求队列中移除，回到步骤2.3，若r≠0则根据2.3所述公式依次为每个d2d对分配资源；

步骤3)：当没有空闲的专用资源时，判断使用中继和不使用中继时蜂窝模式的速率，当使用中继速率更高时选择带中继的蜂窝模式，否则使用不带中继的蜂窝模式；

根据小区的snr阈值计算进行蜂窝通信所需功率，snr阈值为10db，再计算使用相同功率使用中继后的系统容量并与不使用中继时的系统容量相比较，若使用中继后系统容量更大则采用中继转发的蜂窝模式通信，否则采用无中继的蜂窝模式进行通信；

方法中所述的中继选择具体在于：

步骤3.1)：根据小区snr阈值计算无中继蜂窝通信所需的发射功率和系统容量；

步骤3.2)：计算使用与无中继通信相同的功率进行有中继通信时的系统容量；

步骤3.3)：比较无中继和有中继通信的容量，选择容量较高的通信模式。

以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。本发明未涉及的技术均可通过现有的技术加以实现。