Ofdm蜂窝网络中进行能量收集的d2d协作通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及移动通信领域。更具体地，涉及一种OFDM(OrthogonalFrequency DivisionMultiplexing)蜂窝网络中进行能量收集的D2D协作通信方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，移动通信技术快速发展，高速率、低能耗、低时延、个性化等业务需求为其 带来新的挑战，并促进了学术界对新兴通信技术的研宄。终端直通（Device-to-Device， D2D)通信技术即是一项在未来移动通信系统中极具发展前景的技术。D2D通信技术可在距 离较近的终端之间直接建立通信链路，能够有效降低基站负载，提升数据传输效率等。同 时，D2D通信作为近距离通信，发送功率低，传输速率高，有利于能量的有效使用。图1示出 了蜂窝网络中D2D通信的示意图。在图1中共有三个用户设备（UserEquipment，UE)，其 中UE1是传统蜂窝用户设备（CellularUserEquipment，CUE)，L1和L2分别是UE1和基 站（BaseStation，BS)间的下行与上行传输链路。UE2和UE3是D2D用户设备（D2DUser Equipment，DUE)，一般距离较近。L3是UE2与UE3之间的通信链路，可复用L1或L2的频 谱资源，该复用方式可提高频谱资源利用效率，但同时会对L1或L2链路上的数据传输造 成干扰；L3也可使用与蜂窝链路正交的频谱资源，此时不会对小区原有用户带来额外的干 扰，但需耗费额外频谱资源。L4与L5是基站向UE2和UE3发送的控制信息，可用于D2D通 信的频谱资源分配、功率分配及其它调度等。
[0003] D2D通信技术在多种场景下有均有重要应用。例如，可在两个移动设备之间直接建 立通信链路，用于用户距离较近时的语音通话、文件传输等，这是最基本的D2D通信方式。 若扩展成多播的D2D通信，则可用于商场中商家向周围顾客的优惠信息推送。若引入"簇 (cluster) "的思想，用户可发现周围有类似通信需求的设备，与其建立小型的网络，可用作 联机游戏对战或应急通信网络。另外，也可构建D2D协作通信网络，用于由阻挡导致的直通 链路不能建立的情形。
[0004] 射频信号中同时含有信息与能量，多数研宄工作只关注其中的信息部分，而能量 收集技术可将部分射频信号转化为可供接收机使用的能量，实现能量与信息的同时传输。 具有能量收集功能的设备除收发信息用的电路外，还含有能量收集电路，由电容、电压倍增 器、阻抗匹配等组成，可将射频信号中的能量转化为直流输出。所收集的能量可立即使用， 也可先储存，待需要时再使用。
[0005] 接收端若要同时进行能量的收集与信息的解码，就需要根据一定的原则在两种模 式之间切换。常见的方法有两种，一种为时间切换（timeswitching，TS)，即在一个传输周 期内，将一定比例时间接收的信号全部转化为能量，而在剩余时间段内接收的信号全部用 于信息解码；另一种称为功率分割（powersplitting，PS)，即在一个周期内连续地接收信 号，将其按比例分为两部分，一部分经由能量转化电路转换成能量，剩余的用于解码以完成 信息接收。
[0006] 能量收集思想可应用于无线感知网和体域网等能量受限的网络中，网络中的设备 通过能量收集方式获取相互通信所需的能量，而不需安装电池，以减小设备的体积与重量。 另外，该思想多与中继相结合，例如，有研宄提出一种先收集再协作的协议方法，在下行链 路中，源结点和中继结点均从无线访问节点（AccessPoint，AP)中收集能量，在相应的上行 链路中，中继节点可以协助源节点传输上行信息。
[0007] 因此，需要提供一种OFDM蜂窝网络中进行能量收集的D2D协作通信方法。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种OFDM蜂窝网络中进行能量收集的D2D协作通信方法， 利用空闲D2D用户作为中继节点向蜂窝用户转发基站的下行信号中的信息，中继节点在保 证蜂窝信息传输的前提下同时从基站和蜂窝用户两处收集信号中的能量，以作为转发下行 信号中的信息时的收益，解决现有的能量收集方案中，中继节点只从源节点或目的节点处 收集能量，由于中继节点位置具有不确定性，其可能距能量提供源较远，从而导致能量收集 效率低的问题。
[0009] 为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0010] 一种OFDM蜂窝网络中进行能量收集的D2D协作通信方法，该方法包括如下步骤：
[0011] S1、在基站和与基站不能正常通信的蜂窝用户之间选择空闲D2D用户作为基站和 蜂窝用户之间通信的中继节点；
[0012]S2、基站将待发送给蜂窝用户的下行信号发送至中继节点，蜂窝用户将已知信号 发送至中继节点，两个发送过程使用的链路均为基站原本欲分配给蜂窝用户的信道；同时， 中继节点采用功率分割的方式接收下行信号和已知信号，分别对分出的一部分下行信号和 已知信号进行能量收集，对分出的另一部分下行信号和已知信号进行信息解码；
[0013]S3、中继节点利用步骤S2收集的能量将下行信号中的信息转发至蜂窝用户，该转 发过程使用的链路复用小区中其他D2D对的信道。
[0014] 优选地，中继节点采用半双工模式通信，且采用译码转发的协作方式。
[0015] 优选地，步骤S2中对分出的一部分下行信号和已知信号进行能量收集过程中继 节点在单个传输周期T中所能收集的能量Eeh为：
[0016] Eeh= T i ? n ?P? (PBhBKdB厂+P"a+Ii)
[0017] 公式中，1\为单个传输周期T中步骤S2所占的时间长度，n为中继节点的能量收 集电路转换效率，P为功率分割参数，PB、P。分别为基站、蜂窝用户的发射功率，hBK、heK分别 为基站与中继节点之间、蜂窝用户与中继节点之间链路的小尺度衰落，dBK、分别为基站 与中继节点之间、蜂窝用户与中继节点之间的链路长度，a为路径损耗因子，dBI厂、draa分 别为相应链路上的路径损耗，1:是单个传输周期T中步骤S2所占的时间长度中信号所经历 的干扰，Ii=Im+I?，IB#PIa分别为其它小区使用同一信道发送信息的基站及使用同一信 道为中继节点发送已知信号序列的蜂窝用户对中继节点造成的干扰。
[0018] 优选地，步骤S2中对分出的另一部分下行信号和已知信号进行信息解码中对分 出的另一部分下行信号进行信息解码过程在单个传输周期T中的信号干扰比SIRiS:
[0019]
[0020] 公式中，PB为基站的发射功率，hBK为基站与中继节点之间链路的小尺度衰落，dBK 为基站与中继节点之间链路长度，a为路径损耗因子，dBI厂为基站与中继节点之间链路上 的路径损耗，IB#PIa分别为其它小区使用同一信道发送信息的基站及使用同一信道为中 继节点发送已知信号序列的蜂窝用户对中继节点造成的干扰。
[0021] 优选地，步骤S3中中继节点利用步骤S2收集的能量将信息转发至蜂窝用户过程 中继节点在单个传输周期T中将信息转发至蜂窝用户的转发功率PK:
[0022]
[0023] 公式中，1~2为单个传输周期T中步骤S3所占的时间长度。
[0024] 优选地，其特征在