兼容下行链路增强与伺机短距离通信的自适应协同方法

1.本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种兼容下行链路增强与伺机短距离通信的自适应协同方法、装置、设备及其存储介质。


背景技术：

2.物联网应用将末端设备和设施通过各种无线和/或有线、长距离和/或短距离通信网络实现互联互通，网络业务呈现不同的特征，数据类型繁多。在5g及以后的网络中，通过不同通信系统的合作，可以实现更高的容量和覆盖范围。具体而言，可以通过灵活使用资源、新兴通信场景(如d2d传输)，以及高级干扰消除等技术来实现合作。这种网络结构的复杂性给协同通信提供了多种应用模式。随着多输入多输出(mimo：multi－input multi－output)技术的发展，协同通信已呈现出广泛应用于通信网络中的形势。基于资源特征和用户优先级，频谱资源可以在高优先级用户之间或和辅助用户之间共享，在不造成损害的前提下，在合作的基础上为辅助用户提供资源分配。在这种情况下，通过允许辅助系统访问有限的频谱资源，可以通过辅助用户的协作传输来增强主传输。换句话说，如果辅助系统有助于维护甚至改善主系统性能，则将允许被分配一部分资源完成自己的传输。
3.传统的正交传输(oma：orthogonal multiple absuue)通常利用空间多样性应用于协作通信中。与oma相比，非正交多址接入(noma：non－orthogonal multiple absuue)允许所有用户在同一时间、频域或代码域中共存，因此具有更高的频谱效率，更高的吞吐量和更低的传输时延等优势。但是，这并不意味着oma方案将完全被noma取代，因为在某些情况下，例如用户数量少的小型小区，oma可能比noma更适用。这两种多址接入方式的共存及至混合设计，以满足未来网络中不同服务和应用的不同要求。现有研究通常着眼于下行传输/上行传输的用户多址接入方案，所提出的协同传输方案也发生于同级用户/业务的传输中，如将传输信道质量存在差异的两个下行链路传输相配对，或通过设计固定的中继节点角色，从而完成对业务信号发射功率的分配来提高传输效率。在网络资源共享方面，现有研究多在确定网络资源的其中某一个或两个维度的情况下，对指定的单个维度资源进行分配优化计算。最常见的情况是，对发射功率的分配。
4.现有研究通常着眼于同级用户/业务的传输，延用了传统蜂窝移动网络的集中式架构体系，较少考虑短距离通信的传输模式的融入与共存，部分工作所提出的协同传输方案也多设计了固定的中继节点角色。在网络资源共享方面，现有研究多在确定网络资源的其中某一个或两个维度的情况下，对指定的单个维度资源进行分配计算。部分研究也存在对二维资源优化的研究，多出现于同一传输模式下，并未考虑共生通信模式系统。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种兼容下行链路增强与伺机短距离通信的自适应协同方法、装置、设备及其存储介质。
6.第一方面，本技术实施例提供了一种兼容下行链路增强与伺机短距离通信的自适
应协同方法，该方法包括：根据基站下行通信的业务分配选择对应的的主传输用户协同增强传输；根据协同用户的信道环境和业务需求，设计条件协同的混合多址传输机制；对时间域、频率域及功率域资源的联合共享优化网络。
7.在其中一个实施例中，所述对时间域、频率域及功率域资源的联合共享优化网络，包括：当选择不同协同通信传输时，利用正交多址技术和非正交多址技术完成对时间域、频率域及功率域资源共享计算的优化。
8.在其中一个实施例中，所述设计条件协同的混合多址传输机制包括基于解码中继的多址传输和基于模拟网络编码的多址传输。
9.在其中一个实施例中，所述基于模拟网络编码的多址传输包括：判断基站中的第一用户的信道系数g
11
的|g
11
|2与第二用户的信道系数g
22
的|g
22
|2之间的大小：当|g
22
|2≥|g
11
|2时，通过第二用户解码第一信号，然后在解码第二信号之前从接收信号中提取出干扰并消除；当|g
22
|2《|g
11
|2时，将第二用户中的第一信号作为噪声，第一用户在第一信号之前解码第二信号。
10.第二方面，本技术实施例还提供了一种兼容下行链路增强与伺机短距离通信的自适应协同装置，该装置包括：选择单元，用于根据基站下行通信的业务分配选择对应的的主传输用户协同增强传输；设计单元，用于根据协同用户的信道环境和业务需求，设计条件协同的混合多址传输机制；优化单元，用于对时间域、频率域及功率域资源的联合共享优化网络。
11.在其中一个实施例中，所述对时间域、频率域及功率域资源的联合共享优化网络，包括：当选择不同协同通信传输时，利用正交多址技术和非正交多址技术完成对时间域、频率域及功率域资源共享计算的优化。
12.在其中一个实施例中，所述设计条件协同的混合多址传输机制包括基于解码中继的多址传输和基于模拟网络编码的多址传输。
13.在其中一个实施例中，，所述基于模拟网络编码的多址传输包括：判断基站中的第一用户的信道系数g
11
的|g
11
|2与第二用户的信道系数g
22
的|g
22
|2之间的大小：当|g
22
|2≥|g
11
|2时，通过第二用户解码第一信号，然后在解码第二信号之前从接收信号中提取出干扰并消除；当|g
22
|2《|g
11
|2时，将第二用户中的第一信号作为噪声，第一用户在第一信号之前解码第二信号。
14.第三方面，本技术实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本技术实施例描述中任一所述的方法。
15.第四方面，本技术实施例还提供了一种计算机设备一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序用于：所述计算机程序被处理器执行时实现如本技术实施例描述中任一所述的方法。
16.本发明的有益效果：
17.本发明提供的兼容下行链路增强与伺机短距离通信的自适应协同方法，能够同时支持蜂窝移动小区上下行传输和设备间传输，不需要占用额外的频谱资源，灵活性高；还可根据用户实际情况，进行用户角色的转换，采用不同的数据传输方式，提高了网络传输效率。本发明的自适应协同通信机制满足了网络业务需求的多样性，协同用户还可根据网络
环境及自身需求，采用不同的协同中继方式，提高了网络资源的利用率。
附图说明
18.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
19.图1示出了本技术实施例提供的兼容下行链路增强与伺机短距离通信的自适应协同方法的流程示意图；
20.图2示出了根据本技术一个实施例的兼容下行链路增强与伺机短距离通信的自适应协同装置200的示例性结构框图；
21.图3示出了适于用来实现本技术实施例的终端设备的计算机系统的结构示意图；
22.图4示出了本技术实施例提供的兼容下行链路增强和设备间通信的共生通信系统网络结构图；
23.图5示出了本技术实施例提供的条件协同用户自适应传输方法示意图；
24.图6示出了本技术实施例提供的ue2处于不同位置下的可达速率区域示例图。
具体实施方式
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
28.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
30.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
31.请参考图1，图1示出了本技术实施例提供的兼容下行链路增强与伺机短距离通信的自适应协同方法的流程示意图。
32.如图1所示，该方法包括：
33.步骤110，根据基站下行通信的业务分配选择对应的的主传输用户协同增强传输；
34.步骤120，根据协同用户的信道环境和业务需求，设计条件协同的混合多址传输机制；
35.步骤130，对时间域、频率域及功率域资源的联合共享优化网络。
36.采用上述技术方案，能够同时支持蜂窝移动小区上下行传输和设备间传输，不需要占用额外的频谱资源，灵活性高；还可根据用户实际情况，进行用户角色的转换，采用不同的数据传输方式，提高了网络传输效率。本发明的自适应协同通信机制满足了网络业务需求的多样性，协同用户还可根据网络环境及自身需求，采用不同的协同中继方式，提高了网络资源的利用率。
37.在一些实施例中，所述对时间域、频率域及功率域资源的联合共享优化网络，包括：当选择不同协同通信传输时，利用正交多址技术和非正交多址技术完成对时间域、频率域及功率域资源共享计算的优化。
38.在一些实施例中，所述设计条件协同的混合多址传输机制包括基于解码中继的多址传输和基于模拟网络编码的多址传输。
39.在一些实施例中，所述基于模拟网络编码的多址传输包括：判断基站中的第一用户的信道系数g
11
的|g
11
|2与第二用户的信道系数g
22
的|g
22
|2之间的大小：当|g
22
|2≥|g
11
|2时，通过第二用户解码第一信号，然后在解码第二信号之前从接收信号中提取出干扰并消除；当|g
22
|2《|g
11
|2时，将第二用户中的第一信号作为噪声，第一用户在第一信号之前解码第二信号。
40.综上所述，在赋予协同功能的共生通信系统中，通常将具有较高服务需求级别的用户定义为具有较高优先级，然而，一旦遇到恶劣的信道条件，服务质量就很难满足。与较高级别服务的直接传输相比，如果优先级较低的用户获得更好的信道条件，他们可以通过向高优先级用户提供合作来换取传输机会。考虑一个由基站(bs：base station)和三个终端设备用户(ue：user equipment)组成的共生通信系统网络模型，如图4中所示，用户ue1尝试接收和处理bs传递的消息i1，如果ue1的地理位置远离bs，或因变化的网络环境引起信道质量弱化，则ue2可以充当潜在协作用户的角色，将i1中继转发到ue1。同时，它可以利用合作的机会向ue3发送消息i3。所有信道都经历独立但不一定相同的(i.n.i.d)瑞利衰落，相应的信道系数为g
ij
，是一个复高斯变量。本发明假设接收端可知信道信息，所有信道都是准静态的，因此信道系数在一个协议周期内保持恒定。为了易于说明，每个用户处的加性高斯白噪声z0都建模为相互独立的，并具有相同(i.i.d)分布cn(0,σ2)。
41.传输过程由两个阶段组成，其中正交时分多址技术被用于第一阶段的下行链路传
输和第二阶段的设备间传输。在阶段i中，假设bs以发射功率pb发射了指向目标接收端ue1的i1和ue2的i2，并将这个协议周期的剩余时间共享给ue2用于阶段ii的传输。在阶段ii中，ue2采用非正交多址技术广播一个叠加信号i1+i3，将其总功率pu的一部分用于中继i1，其余的用于传输目标接收端为ue3的消息i3。对于整个传输过程，本发明设计了一个混合多址传输方案，联合了正交时分多址和非正交功率域多址传输。
42.在具有d2d传输请求的用户通过与其他用户的合作来换取传输机会的应用场景种，假设ue2没有其他通信请求，因此它专注于监听和中继bs为ue1传递的消息，并为d2d传输寻求接入频谱的机会。而当bs在给ue1传输的同时传递消息给ue2，ue2则有不同优先级的业务需要支持。如图5所示，本发明设计两种协同方案：基于解码中继(df：uecoue－and－forward)的多址传输(df－ma)和基于模拟网络编码(anc：analog network coding)的多址传输(anc－ma)。在df－ma方案中，ue2需要在中继之前对接收到的信号进行解码，这种方法可能会因解码失败产生一定的中断概率。因此，是否需要解码i1是一个值得讨论的问题。而anc－ma方案可以规避解码的需求，用于简单地转发接收信号而无需解码。
43.传输过程中用x
{1,2,3}
来表示i
{1，2，3}
的信号，接收端ue1和ue2的接收信号为y
1,i
＝g
11
x
12
+z0以及y2＝g
22
x
12
+z0，网络资源共享定义为bs的发射功率分配因子θ，bs和ue2的时间共享因子β，ue2的发射功率分配因子ω，。根据网络环境中的信道质量，ue2可以采用两种解码策略。当|g
22
|2≥|g
11
|2时，ue2能够先解码x1，然后在解码x2之前从接收信号中提取出干扰并消除它；而ue1将x2视为噪声。为了解码x1，ue2的接收端snr要求不低于在成功解码x1的基础上，ue2提取出x1并解码x2。相应的，在ue1处解码成功x1的snr和在ue2处解码成功x2的snr由下式给出：
[0044][0045]
γ
22
＝(1-θ)ρc|g
22
|2[0046]
另一方面，当|g
22
|2《|g
11
|2时，ue2将x1视为噪声，但是ue1将在x1之前解码x2。在这种情况下，ue1解码x2的snr为。在ue1处解码成功x1的snr和在ue2处解码成功x2的snr则变成：
[0047]
γ
11
＝θρc|g
11
|2[0048][0049]
当ue2的接收信道质量比ue1好时，它能够解码来自bs的两个消息，从而利用解码转发方案在下一阶段将消息中继到ue1。当ue1的接收信道质量胜过ue2时，尽管ue2无法解码x1，但它可以从接收到的信号中提取出x2，然后将其余部分中继到ue1。显然，基于模拟网络编码的方案可以应用在这种情况下。
[0050]
在df－ma方案中，由于ue2在阶段i中已解码x1，因此在阶段ii中的发射信号是
x1与x3的叠加，ue1和ue3的接收端snr为：
[0051][0052][0053]
因此，速率可达到以下区域：
[0054][0055][0056][0057]
bs的传输速率受到ue2的信道质量限制，
[0058][0059]
在不同时间共享条件下的取值：
[0060][0061][0062]
ue2在阶段i中仅解码x2并将其从y2中提取出去，然后将其余部分与x3叠加传输。中继信号与加性噪声由γ归一化，接收端ue1的信号在阶段ii受ue2叠加传播的噪声影响，
[0063][0064]
ue1和ue3的接收端snr为：
[0065][0066][0067]
如图6所示，本发明进行了实验验证，通过一个简单设计的实验环境对采用不同协
同中继方式的网络可达速率做了数值化比较，实现了容量限的扩展。
[0068]
进一步地，参考图2，图2示出了根据本技术一个实施例的兼容下行链路增强与伺机短距离通信的自适应协同装置200的示例性结构框图。
[0069]
如图2所示，该装置包括：
[0070]
选择单元210，用于根据基站下行通信的业务分配选择对应的的主传输用户协同增强传输；
[0071]
设计单元220，用于根据协同用户的信道环境和业务需求，设计条件协同的混合多址传输机制；
[0072]
优化单元230，用于对时间域、频率域及功率域资源的联合共享优化网络。
[0073]
应当理解，装置200中记载的诸单元或模块与参考图1描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征同样适用于装置200及其中包含的单元，在此不再赘述。装置200可以预先实现在电子设备的浏览器或其他安全应用中，也可以通过下载等方式而加载到电子设备的浏览器或其安全应用中。装置200中的相应单元可以与电子设备中的单元相互配合以实现本技术实施例的方案。
[0074]
下面参考图3，其示出了适于用来实现本技术实施例的终端设备或服务器的计算机系统300的结构示意图。
[0075]
如图3所示，计算机系统300包括中央处理单元(cpu)301，其可以根据存储在只读存储器(rom)302中的程序或者从存储部分308加载到随机访问存储器(ram)303中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram 303中，还存储有系统300操作所需的各种程序和数据。cpu 301、rom 302以及ram 303通过总线304彼此相连。输入/输出(i/o)接口305也连接至总线304。
[0076]
以下部件连接至i/o接口305：包括键盘、鼠标等的输入部分306；包括诸如阴极射线管(crt)、液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分307；包括硬盘等的存储部分308；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分309。通信部分309经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器310也根据需要连接至i/o接口305。可拆卸介质311，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器310上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分308。
[0077]
特别地，根据本公开的实施例，上文参考图1描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种兼容下行链路增强与伺机短距离通信的自适应协同方法，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行图1的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分309从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质311被安装。
[0078]
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，前述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用
执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0079]
描述于本技术实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括第一子区域生成单元、第二子区域生成单元以及显示区域生成单元。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定，例如，显示区域生成单元还可以被描述为“用于根据第一子区域和第二子区域生成文本的显示区域的单元”。
[0080]
作为另一方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中前述装置中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，前述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本技术的应用于透明窗口信封的文本生成方法。
[0081]
以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。