一种基于用户位置信息的d2d通信干扰协调方法
【专利摘要】本发明请求保护一种基于用户位置信息的D2D通信干扰协调方法，涉及蜂窝和D2D混合通信网络中的干扰协调技术在LTE?A系统中引入D2D通信，会在蜂窝用户与D2D用户之间产生相互干扰。本文提出了一种基于距离的干扰协调方法来限制两者之间的干扰，主要分为两个阶段，在第一阶段，通过对蜂窝用户中断概率的分析，得出一个以基站为中心的圆形区域，称为非复用区，即在此范围内的D2D用户不能复用蜂窝用户的资源；在第二个阶段，通过对D2D用户中断概率的分析，得出一个以D2D接收端为中心的圆形区域，称为非资源区，即D2D用户不能复用在此范围内的蜂窝用户的资源。该方法能显著地降低蜂窝用户与D2D用户的中断概率，同时降低基站侧的信令负担，并且具有很好地实现性。
【专利说明】
-种基于用户位置信息的D2D通信干扰协调方法
技术领域
[0001] 本发明属于移动通信技术领域，设及到蜂窝和D2D混合通信系统中的干扰协调技 术。
【背景技术】
[0002] 随着3G、4G蜂窝网络的大规模商用，W及智能手机、平板电脑等各种便携式终端的 普及，人们对大宽带数据通信需求有了爆炸性增长。虽然上述网络的带宽不断提升，但是仍 然难W满足用户对于在线高清视频、在线实时游戏、数据实时共享等大带宽业务的需求。如 何利用有限的无线资源来满足用户对高效、可靠的移动宽带数据业务的需求，成为当前学 术界和产业界共同关注的热点。
[0003] 由于授权蜂窝频谱带宽有限，而用户对于蜂窝通信带宽的需求却在不断增长，提 高频谱利用率是解决运种矛盾的主要方法，运也是蜂窝系统无线接入网演进的一个核屯、课 题。为了能够高效的利用有限的蜂窝频谱，一种先进的近场通信技术一一D2D通信技术应运 而生，在2012年，3GPP的SA工作组研究和讨论了近场通信的可行性；2012年12月，高通公司 在RAN全会中提出了 "蜂窝下D2D近距离服务研究"项目。该项目己经正式获得了3GPP的立项 批准，D2D技术正式进入LTE-A后续演进的标准化进程。
[0004] 在传统的蜂窝通信系统中，通信双方的数据需要由基站进行转发。D2D通信指终端 与终端进行直连的通信，当两个用户的距离比较近时，他们可W直接进行数据转发而不需 要基站，大大减轻了基站的负载。D2D通信技术不仅可W提高系统的吞吐量，还可W减少终 端的能量消耗，同时由于其可W复用蜂窝用户的频谱资源进行通信，从而可W提高系统的 频谱效率。
[0005] D2D通信在带来诸多效益的同时，它也给无线资源管理提出了新的挑战，尤其是当 D2D用户复用蜂窝用户资源进行通信时，会在两者之间带来严重的同频干扰。在D2D用户复 用蜂窝上行资源进行通信时，会对蜂窝用户在基站侧的接受产生干扰，而相对应的蜂窝用 户则会对D2D用户的接受产生干扰，如何进行有效的干扰协调与资源优化来保证D2D用户与 蜂窝用户的QoS成为研究D2D通信的一个重要课题。
[0006] 但是，在现有的研究中，基站需要知道所有通信链路的信道状态信息，而蜂窝用户 与D2D接收端之间的W及D2D通信链路之间的信道状态信息，基站是很难获取的。同时，当蜂 窝小区中拥有多对D2D用户和蜂窝用户时，获取通信链路之间的信道状态信息时，无疑会增 加基站的信令负担。
【发明内容】
[0007] 针对W上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种能显著地降低蜂窝用 户与D2D用户的中断概率，同时降低基站侧的信令负担的基于用户位置信息的干扰协调方 法，本发明的技术方案如下：
[000引一种基于用户位置信息的D2D通信干扰协调方法，其包括W下步骤：
[0009] 101、在第一阶段，设定一个中断概率阔值计算出蜂窝用户在基站侧的中断概 率，得出一个W基站为中屯、，WD2D用户发射端到基站的距离为半径的圆形区域，即为非复 用区，即在此圆形区域内的D2D用户不能复用蜂窝用户的资源；只有在运区域之外才可W复 用蜂窝用户的资源进行通信；
[0010] 102、在第二个阶段，通过计算D2D接收端用户在蜂窝用户干扰下的中断概率，得出 一个WD2D接收端为中屯、，蜂窝用户到D2D用户接收端的距离为半径的圆形区域，即为非资 源区，即D2D用户复用在此范围之外的蜂窝用户的资源。
[0011] 进一步的，所述步骤101采用了单小区情景下的干扰模型，即：基站BS位于蜂窝小 区的中屯、区域，蜂窝用户与D2D用户随机分布在小区内；假设小区内有一对D2D用户，Ν个蜂 窝用户，并且规定一个D2D用户最多只能复用一个蜂窝用户的资源，D2D-TX表示D2D发射端， D2D-RX表示D2D接受端，第η个蜂窝用户表示为CUEn，^c。表示为第η个蜂窝用户到基站的距 离，?表示为D2D发射端到基站的距离，4：,表示为蜂窝用户CUEi到D2D接收端的距离，Ρ表示 为D2D发射端到接收端的距离。
[0012] 进一步的，所述D2D接收端的接受信号可W表示为：
[0013]
[0014] 在上式中，XD表示为D2D发射端向接收端发射的信号，?表示蜂窝用户i的发射信 号，hDD、Ar,n分别表示为D2D通信链路W及蜂窝用户到D2D接收端的通信链路的信道衰落系 数，他们均服从高斯分布，PD、哉分别表示D2D发射端与蜂窝用户的发射功率，α表示为路径 损耗指数，no为加性高斯白噪声。
[0015] 进一步的，所述步骤101蜂窝用户在基站侧的中断概率为：
[0016]
[0017]其中4s(庙)与(总>1)分别为η的概率密度函数与分布函数，YB康示蜂窝用户 在基站侧的SINR，丫minln表示条件概率，在保护蜂窝用户QoS的情况下：
[001 引
[0019] 首先根据他们的通信距离W及所要实现的SNR值，计算出在保证蜂窝用户QoS的情 况下D2D用户到基站的安全距离romin，即如果D2D用户位于安全距离W内，不允许复用蜂窝 用户的资源进行通信。
[0020] 进一步的，所述步骤102计算D2D用户的中断概率具体为：
[0021] 首先得出D2D接收端的信干燥Η
用户 接收端与发射端之间的信道衰落系数，η表示D2D用户的SNR，N〇表示高斯白噪声，表示第 i个蜂窝用户到D2D接受端的信道衰落系数，^表示第i个蜂窝用户的发射功率L表示蜂窝用 户到基站的距离与该蜂窝用户到D2D接收端距离的比值；
[0022] 贝化2D用户的中断概率表示为：
[0023]
[0024] 其中·4〇^.)与分别为鸣前概率密度函数与分布函数，丫 0表示D2D用户 的目标SINR。
[0025] 本发明的优点及有益效果如下：
[0026] 本发明WD2D用户和蜂窝用户的位置信息来进行干扰协调，在W往的研究中，基站 需要获取所有通信链路的信道状态信息来进行干扰协调，但与基站非直连的通信链路信道 状态信息是很难获取的，与此同时还会增加基站的信令负担。基于用户位置信息的干扰协 调不需要准确获取信道状态信息，具有更好的实用性，同时减少基站的信令负担。在通信过 程中用户只需要不断向基站报告自己的位置信息。基站根据用户的位置信息来判断用户是 否可W进行D2D通信，W及为期分配资源。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明提供优选实施例D2D用户复用蜂窝用户上行资源时的干扰模型图；
[0028] 图2为非复用区的示意图。
【具体实施方式】
[0029] W下结合附图，对本发明作进一步说明：
[0030] 如图1所示，1.系统模型
[0031] 在本文中，我们考虑单小区情景下的干扰分析，如图1所示。基站BS位于蜂窝小区 的中屯、区域，蜂窝用户与D2D用户随机分布在小区内。在本文中我们假设小区内有一对D2D 用户，Ν个蜂窝用户。并且规定一个D2D用户最多只能复用一个蜂窝用户的资源。在图1中， D2D-TX表示D2D发射端，D2D-RX表示D2D接受端，第η个蜂窝用户表示为CUEn /c。表示为第η个 蜂窝用户到基站的距离，?表示为D2D发射端到基站的距离，4,表示为蜂窝用户OJEi到D2D 接收端的距离，P表示为D2D发射端到接收端的距离。
[0032] 其中有：
[0033]
[0034] 在上述D2D通信系统中，D2D用户对复用蜂窝用户的上行资源进行通信。在D2D用户 复用蜂窝用户上行资源的情况下，会在基站侧对蜂窝用户的通信产生干扰，如图1中的D2C interference ;同时，蜂窝用户在会D2D的接收端对D2D通信产生干扰，如图1中的C2D interference。因此D2D接收端的接受信号我们可W表示为：
[0035]
[0036] 在上式中，XD表示为D2D发射端向接收端发射的信号，·％,表示蜂窝用户i的发射信 号，hDD、&co分别表示为D2D通信链路W及蜂窝用户到D2D接收端的通信链路的信道衰落系 数，他们均服从高斯分布。PD、吃分别表示D2D发射端与蜂窝用户的发射功率。α表示为路径 损耗指数，no为加性高斯白噪声。
[0037]对于蜂窝用户与D2D用户的功率，我们采用固定SNR的方案来设置蜂窝用户与D2D 用户的发射功率。我们设定蜂窝用户与D2D用户的SNR分别为η和ξ，即如下是所示：
[0044] 2.基于距离的干扰协调技术
[0045] 在运部分，我们分两步来解决D2D用户与蜂窝用户之间的干扰。在第一步中我们将 通过限制D2D用户到基站的距离来限制D2D用户对蜂窝用户的干扰;在第二步中我们通过限 制蜂窝用户到D2D用户的距离来减轻蜂窝用户对D2D用户的干扰。
[0046] 2.1基站侧的干扰协调
[0047] 在D2D用户复用蜂窝用户资源的情况下，D2D用户会对蜂窝用户的通信在基站侧产 生干扰。由于我们采用固定SNR的方案来控制蜂窝用户发射功率，则由（3Α)式，（5)式可变换 为：
[004引
[0049] 从上式我们可W看出基站侧的SINR与蜂窝用户的位置信息无关，在D2D发射端的 功率一定的情况下，基站侧的SINR是D2D发射端到基站的距离的函数。我们定义蜂窝用户上 行链路的中断概率为：当基站侧的SINR小于蜂窝通信所要求的最小信干燥比丫 min时，蜂窝 通信中断。
[0050] 因此蜂窝用户在基站侧的中断概率为：
[0化1 ]
[0052]其中与分别为η的概率密度函数与分布函数。
[00对如果|hi|2与相|2为相互独立的指数分布，令Χ = α|?ιι|2，Υ = β|}?2|2+1/δΑα，β，δ> 0,则Ζ = ΧΛ的联合分布函数为：
[0化4]
[0055]在(6)式中，由于|、s, f与I hDBS 12为相互独立的指数分布，则蜂窝用户在基站侧的 中断概率为：
[0化6]
[0057]我们用中断概率来表征蜂窝用户的QoS,我们可W设定一个中断概率阔值当蜂 窝用户的中断概率小于此阔值时，不影响系统的性能，如我们可W设为0.05。因此在保 护蜂窝用户QoS的情况下，我们有：
[0065] 也就是说，如果D2D用户进行直接通信时，基站会首先根据他们的通信距离W及所 要实现的SNR值，计算出在保证蜂窝用户QoS的情况下D2D用户到基站的安全距离romin，即如 果D2D用户位于安全距离W内，复用蜂窝用户的资源进行通信时会对蜂窝用户产生较严重 的干扰，我们定义到基站的距离在安全距离W内的区域为非复用区。如果当D2D用户到基站 的距离在安全距离W外，则表示D2D用户可W复用蜂窝用户的资源进行通信。示意图如图2 所示。
[0066] 2.2D2D接收端的干扰协调
[0067] 在下面的文章中我们提出了一种基于距离的为D2D用户选择复用蜂窝用户资源的 方法。同上面协调基站侧的干扰一样，我们仍用D2D接收端的中断概率来表征D2D用户的 QoSo
[0068] 由式(3B)与式(4)，我们可得D2D接收端的SINR还可W写为：
[00巧其中/f。, (f。,,)与fr。, (?:)分别为化的概率密度函数与分布函数。则由（4)式与(8) 式，我们可得：
[0073]
[0074] 我们要保证D2D用户能够通信，应使其中断概率小于某一阔值，我们设巧。进而 我们可W得出：
[0078]在运个蜂窝小区中我们设基站的坐标为(0,0)，蜂窝用户的坐标为C(0,0)，D2D接 收端的坐标为(a, b)，蜂窝用户的坐标为(x，y)。令：
[0084] 即在A〉1的情况下，可W复用上述圆形区域之外的蜂窝用户的资源进行通信。
[0085] W上运些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在 阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可W对本发明作各种改动或修改，运些等效变 化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
【主权项】
1. 一种基于用户位置信息的D2D通信干扰协调方法，其特征在于，包括以下步骤： 101、 在第一阶段，设定一个中断概率阈值计算出蜂窝用户在基站侧的中断概率，得 出一个以基站为中心，以D2D用户发射端到基站的距离为半径的圆形区域，即为非复用区， 即在此圆形区域内的D2D用户不能复用蜂窝用户的资源；只有在这区域之外才可以复用蜂 窝用户的资源进行通信； 102、 在第二个阶段，通过计算D2D接收端用户在蜂窝用户干扰下的中断概率，得出一个 以D2D接收端为中心，以蜂窝用户到D2D接收端为半径的圆形区域，即为非资源区，D2D用户 复用在此圆形区域范围之外的蜂窝用户的资源。2. 根据权利要求1所述的基于用户位置信息的D2D通信干扰协调方法，其特征在于，所 述步骤101采用了单小区情景下的干扰模型，即：基站BS位于蜂窝小区的中心区域，蜂窝用 户与D2D用户随机分布在小区内；假设小区内有一对D2D用户，N个蜂窝用户，并且规定一个 D2D用户最多只能复用一个蜂窝用户的资源，D2D-Tx表示D2D发射端，D2D-RX表示D2D接受端， 第η个蜂窝用户表示为CUE n，<_ ,,表示为第η个蜂窝用户到基站的距离，rD表示为D2D发射端到 基站的距离，￡Ci表示为蜂窝用户CUE^IjD2D接收端的距离，P表示为D2D发射端到接收端的距 离。3. 根据权利要求2所述的基于用户位置信息的D2D通信干扰协调方法，其特征在于，所 述D2D接收端的接受信号可以表示为：在上式中，xd表示为D2D发射端向接收端发射的信号，·^表示蜂窝用户i的发射信号， 分别表示为D2D通信链路以及蜂窝用户到D2D接收端的通信链路的信道衰落系数， 他们均服从高斯分布，PD、巧分别表示D2D发射端与蜂窝用户的发射功率，α表示为路径损耗 指数，no为加性尚斯白噪声。4. 根据权利要求2所述的基于用户位置信息的D2D通信干扰协调方法，其特征在于，所 述步骤101蜂窝用户在基站侧的中断概率为：其中fVBS( γ BS)与FYBS( Ymin)分别为rD的概率密度函数与分布函数，γ BS表不蜂窝用户 在基站侧的SINR，γ min I rD表示条件概率，在保护蜂窝用户QoS的情况下：首先根据他们的通信距离以及所要实现的SNR值，计算出在保证蜂窝用户QoS的情况下 D2D用户到基站的安全距离rDmin，即如果D2D用户位于安全距离以内，不允许复用蜂窝用户 的资源进行通信。5. 根据权利要求2所述的基于用户位置信息的D2D通信干扰协调方法，其特征在于，所 述步骤102计算D2D用户的中断概率具体为： 首先得出D2D接收端的信）表示D2D用户接收 端与发射端之间的信道衰落系数，η表示D2D用户的SNR，No表示高斯白噪声，表示第i个 蜂窝用户到D2D接受端的信道衰落系数，&表示第i个蜂窝用户的发射功率L表示蜂窝用户 到基站的距离与该蜂窝用户到D2D接收端距离的比值； 贝1JD2D用户的中断概率表示为：其中(h, >与(/?)分别为的概率密度函数与分布函数，γ 〇表示D2D用户的目 标SINR。
【文档编号】H04W72/04GK106060763SQ201610355014
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】韦世红, 黄祥, 刘远航, 叶宗刚, 赵迎芝
【申请人】重庆邮电大学