专利名称：蜂窝与d2d混合网络中终端直通通信的干扰控制协调方法
技术领域：
本发明涉及一种蜂窝与终端直通D2D (Device-to-Device)混合网络中终端直通通信的干扰控制协调方法，属于无线通信的技术领域。
背景技术：
目前的无线通信网络主要分为两种蜂窝网络和Ad-hoc (点对点)网络。这两种网络的通信特点是在蜂窝网络中，用户终端UE (User Equipment)通过基站和其它UE进行通信。而在Ad-hoc网络中，UE间通过直连(或借助中继)直接通信。在蜂窝模式中，由于基站eNodeB (Evolved Node B)集中控制UE之间的传输,基站可以方便地管理与控制网络的无线资源和干扰，但是，其显著缺点是不能有效利用无线资源。例如两个距离很近的UE通过蜂窝模式进行通信时，所使用的无线资源是D2D模式的两倍。因此，为了获得更高的系统吞吐量，将来的无线网络可能由蜂窝网络和Ad-hoc网络两种结构共存组成。参见图1，介绍一种蜂窝与D2D的混合网络参考模型。其中，UE既可以蜂窝模式工作，将数据通过基站发给其他UE，也可以采用D2D模式将数据发给其他UE。与单一结构的蜂窝网络相比，这种混合网络可以获得更好的系统性能。这种方式也是第三代合作伙伴计划 3GPP (3th Generation Partnership Project)中的长期演进升级 LTE-Advanced (LongTerm Evolution-Advanced)规划有关提高系统性能的热点话题。考虑D2D通信复用 蜂窝系统上行频谱资源的场景。如何为D2D通信选取合适的频谱复用资源，从而避免D2D UE对于蜂窝上行通信的干扰是一个关键的问题。下面介绍现有技术的几种解决方案第一种方案是基站集中控制式D2D通信这种方案中，D2D通信资源由基站进行分配，因此，D2D通信对蜂窝上行通信的干扰可以得到严格的控制。该方案的主要问题是由于基站控制整个D2D通信流程，所有与D2D通信相关的包括资源分配、干扰控制协调的信令都由蜂窝网络无线资源承载，这将影响蜂窝通信的吞吐率和容量。若大量D2D UE同时传输数据，则会造成信令开销过大。第二种方案是D2D UE自主地基于上行传输资源块RB (Resource Block)进行干扰控制协调。其基本思想是基站对各上行传输资源块计算干扰限，并定时对该干扰限进行更新，然后将所有资源块的干扰限形成预期干扰表，并下发至D2D UE，供D2D UE据此进行无线资源管理RRM (Radio Resource Manager)决策，确定复用的资源和发送功率等传输参数，以避免对蜂窝上行造成强干扰。该方案存在的问题是=LTE-Advanced中的资源分配调度存在快速变化的特点，即UE分配到的资源是快速变化的。然而，干扰情况的统计是基于各个上行传输资源块进行的，因此，该方案实际统计的干扰情况的变化会非常大，有可能当基站将干扰表下发至D2D UE时，实际的干扰情况已经发生了很大变化，这并不利于D2D UE进行无线资源管理决策。因此，在D2D与蜂窝网络构成的混合网络中，考虑到D2D通信需要复用蜂窝系统的上行传输频谱资源，如何为D2D通信选取合适的频谱复用资源，以避免D2D UE对于蜂窝上行通信的干扰就是本发明需要解决的问题。参见图2，介绍D2D通信对于蜂窝上行通信的干扰示意情况UE均采用全向天线，如果D2D发送终端D2DTx (D2D Transmitter)复用蜂窝终端CeUE (Cellular UE)的上行传输资源，将会对其上行传输造成干扰。在图2中，CeUE2处于小区边缘地带，因此能够承受的干扰较低。如果D2DTx采用复用CeUE2的上行传输资源进行发送，则会使CeUE2的传输遭受严重干扰而无法正常通信。而CeUEl距离基站较近，其干扰承受度、即干扰余量较高，如果D2DTx复用CeUEl的资源，就不会对其上行传输造成较大的影响。因此在合理控制D2DTx发送功率的前提下，应该指导D2DTx尽量先复用CeUEl的上行传输资源进行D2D传输。在上述D2D与蜂窝混合网络的场景中，最大的挑战来自于控制和协调D2DTx与被复用资源的CeUE相互之间的干扰，而来自D2D发射机的干扰更加复杂。如果没有网络辅助，D2D很难获知不同RB上可容忍的干扰余量，以及多个并发的D2D链路造成的累积干扰。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种蜂窝与终端直通D2D混合网络中终端直通通信的干扰控制协调方法，以便在D2D·通信复用蜂窝系统上行传输频谱资源的场景中，为D2D通信选取合适的频谱复用资源，从而避免D2D UE对于蜂窝上行通信的干扰。为了达到上述目的，本发明提供了一种蜂窝与终端直通D2D混合网络中终端直通通信的干扰控制协调方法，其特征在于基站针对CeUE上行传输资源进行干扰限的计算与定期更新后，形成预期的UE资源-干扰表，并将该预期的UE资源-干扰表广播下发至D2DUE,以供D2D UE依据此表进行无线资源管理RRM (Radio Resource Manager)决策；所述方法包括下列操作步骤(I)基站统计和计算每个CeUE的上行传输资源及其能够承受的D2D通信预期干扰限，并周期更新该干扰限基于上行传输RRM决策、运营商预设参数以及包括上行接收干扰功率、蜂窝UE到基站的路径损耗、蜂窝UE最大发送功率的参数，基站针对每个CeUE的上行传输资源及其获知的多个上行传输资源块RB (Resource Block)信息，计算每个CeUE能够承受的D2D通信预期干扰限，且因蜂窝上行传输资源是动态分配的，故应根据设定周期更新该预期干扰限；(2)基站根据获知的干扰控制协调信息和调度信息，将CeUE的上行传输资源能够承受的D2D通信预期干扰限形成预期的UE资源-干扰表，并广播下发至D2D UE ；(3) D2D UE依据该UE资源-干扰表灵活执行包括分配复用资源和设置发送信号功率的资源管理决策，避免对蜂窝上行通信造成强干扰。为实现网络辅助的自主D2D通信，必须对D2D UE对蜂窝上行传输的干扰进行控制和协调。本发明基于预期干扰限的D2D干扰控制协调方法是一种用于蜂窝与终端直通D2D混合网络中，解决D2D对蜂窝上行造成干扰问题的可行的技术方案，其创新技术之处如下基站统计各个CeUE的上行传输资源，计算其能够承受的D2D通信预期干扰限，并定时对该干扰限进行更新。基站根据可获得的干扰控制协调信息以及调度信息，将UE的上行资源能够承受的D2D通信预期干扰限形成预期UE资源-干扰表，并下发至D2D UE。D2D UE依据该预期UE资源-干扰表进行RRM决策，确定复用的资源及发送功率等以避免对蜂窝上行造成强干扰。本发明方法的优点是(I)基站将UE资源-干扰表广播给D2D UE，其中的预期干扰限能够帮助D2D通信进行灵活的RRM决策(如选择合适的资源进行复用及发送功率等)，避免对蜂窝上行传输造成严重干扰。(2)基站基于UE进行干扰统计，避免了现有技术中因为干扰波动较大产生的问题，有利于D2D UE进行RRM决策。(3)该预期干扰限是周期更新的，以应对时变的干扰情况与业务传输的实时质量需求等。(4)基站通过对预期干扰限进行更新的计算参数进行调整，网络运营商能够对D2DUE产生的干扰进行控制，并权衡蜂窝系统和D2D系统间的性能折中。
图1是D2D和蜂窝混合网络场景示意图。图2是D2D通信对蜂窝上行传输的干扰示意图。图3是本发明蜂窝与终端直通D2D混合网络中终端直通通信的干扰控制协调方法的操作步骤方框图。图4是本发明实施例中某个CeUE上行传输资源的干扰水平划分示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。参见图2，介绍D2D通信对于蜂窝上行通信的干扰状况UE均采用全向天线，如果D2D发送终端D2DTx (D2D Transmitter)复用蜂窝终端CeUE (Cellular UE)的上行资源，将会对其上行传输造成干扰。在图2中，CeUE2处于小区边缘地带，因此，其能够承受的干扰较低。如果D2DTx采用复用CeUE2的上行资源进行发送，则会使得CeUE2的传输遭受严重干扰而无法正常通信。然而，CeUEl距离基站较近，其干扰承受度、即干扰余量较高，如果D2DTx复用CeUEl的资源，就不会对其上行传输造成较大的影响。因此在合理控制D2DTx发送功率的前提下，应该指导D2DTx尽量先复用CeUEl的上行资源进行D2D传输。在上述D2D与蜂窝混合网络的场景中，最大的挑战来自于控制和协调D2DTx与被复用资源的CeUE相互之间的干扰，而来自D2DTx的干扰更加复杂，如果没有网络辅助，D2D很难获知不同RB上可容忍的干扰余量与多个并发的D2D链路造成的累积干扰。本发明方法的技术方案主要用于解决这类干扰问题。本发明是蜂 窝与终端直通D2D混合网络中终端直通通信的干扰控制协调方法，其基本思路是基站先针对CeUE上行传输资源进行预期干扰限的计算与定期更新后，然后，形成预期的UE资源-干扰表，并将该预期的UE资源-干扰表广播下发至D2D UE,最后，D2DUE依据此表进行无线资源管理RRM决策。参见图3，介绍本发明方法的三个具体操作步骤步骤I，基站统计和计算每个CeUE的上行传输资源及其能够承受的D2D通信预期干扰限，并周期更新该干扰限基于上行传输RRM决策、运营商预设参数以及包括上行接收干扰功率、蜂窝UE到基站的路径损耗、蜂窝UE最大发送功率的参数，基站针对每个CeUE的上行传输资源及其获知的多个上行传输资源块RB (Resource Block)信息，计算每个CeUE能够承受的D2D通信预期干扰限，且因蜂窝上行传输资源是动态分配的，故应根据设定周期更新该预期干扰限。该步骤I包括下列操作内容(11)基站依据干扰空间划分阈值将CeUE上行传输资源的干扰水平空间划分为多个区间，其中的每个区间分别代表CeUE不同的干扰承受度。若采用图4所示的本发明实施例中两个干扰空间划分阈值总干扰阈值YU和安全干扰阈值Ys时，就将干扰水平空间划分为安全范围、可接受范围和危险范围三个区间。其中，总干扰阈值Yu为CeUE能够承受的最大干扰上限，安全干扰阈值YsSCeUE通信不受有害干扰的安全干扰上限。为保证网络稳定，由网络运营商设定Yu和Ys数值。本发明CeUE上行传输资源的不同干扰空间划分阈值是由CeUE的每个上行传输RB上的干扰空间划分阈值计算得到的；其具体计算的操作内容如下(IlA)基站先统计该CeUE的所有RB，计算得到每个RB的干扰空间划分阈值，这两个干扰阈值的计算公式为总干扰阈值ωu=Pmax-1OXlg(N)-L-O ；安全干扰阈值cos=min(cou-pK，PIB+pA)。式中，Pmax为CeUE的最大发送功率，其数值决定于用户设备类别；N是由上行无线资源管理信息获知的、分配给该CeUE的RB总数；L是由基站根据其发送功率和 来自CeUE向其报告的参考信号接收功率RSRP (ReferenceSignal Receiving Power)进行计算,所得到的基站与CeUE之间的路径损耗；σ是特定RB的信号干扰噪声比SINR (Signal to Interference Plus Noise Ratio)目标值,其数值取决于基站选择的调制和解码方案；P R是考虑相关用户设备的质量要求和传输类型而保留的干扰余量，用于抵制快衰影响、干扰波动和由多个D2D UE同时传输所造成的干扰累积效应；且对于不同的用户设备和传输条件，因QoS要求和服务类型的不同，其干扰余量也应不同；PIB是在特定RB上接收到的干扰功率，其下标IB表示CeUE协议要求测量的RB上的接收干扰；P A是综合考虑接收干扰的功率、上行链路干扰控制能力和混合自动重传请求HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)时,允许的干扰余量；上述除去N以外的所有字符的数值量纲都是分贝(dB)。需要说明的是对于干扰水平区间的划分不一定局限于两个干扰空间划分阈值，若采用的阈值多，则划分的区间也更多；即根据需要来划分区间。(IlB)基站根据上行调度信息，对该UE的所有上行RB的干扰空间划分阈值进行处理，获得该UE的干扰空间划分阈值因UE的两个干扰空间划分阈值Yu和￥3都是所有
RB上干扰空间划分阈值的线性平均值或最小值的函数采用线性平均值计算得到UE的干
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扰空间划分阈值为夂=式中，0Vi和°^分别为第i个RB上总干扰阈
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值和安全干扰阈值，自然数下标i是RB的序号，其最大值为N。(12)基站计算各CeUE上行传输资源能承受的D2D通信的预期干扰限入基站根据对CeUE干扰水平区间的划分和基于CeUE上行传输资源已接收到的干扰，按照预期干扰限λ的一个计算公式
权利要求
1.一种蜂窝与终端直通D2D (Device-to-Device)混合网络中终端直通通信的干扰控制协调方法，其特征在于基站针对CeUE上行传输资源进行干扰限的计算与定期更新后， 形成预期的UE资源-干扰表，并将该预期的UE资源-干扰表广播下发至D2D UE,以供D2D UE依据此表进行无线资源管理RRM决策；所述方法包括下列操作步骤(1)基站统计和计算每个CeUE的上行传输资源及其能够承受的D2D通信预期干扰限， 并周期更新该干扰限基于上行传输RRM决策、运营商预设参数以及包括上行接收干扰功率、蜂窝UE到基站的路径损耗、蜂窝UE最大发送功率的参数，基站针对每个CeUE的上行传输资源及其获知的多个上行传输资源块RB信息，计算每个CeUE能够承受的D2D通信预期干扰限，且因蜂窝上行传输资源是动态分配的，故应根据设定周期更新该预期干扰限；(2)基站根据获知的干扰控制协调信息和调度信息，将CeUE的上行传输资源能够承受的D2D通信预期干扰限形成预期的UE资源-干扰表，并广播下发至D2D UE ；(3)D2D UE依据该UE资源-干扰表灵活执行包括分配复用资源和设置发送信号功率的资源管理决策，避免对蜂窝上行通信造成强干扰。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(I)包括下列操作内容(11)基站依据干扰空间划分阈值将CeUE上行传输资源的干扰水平空间划分为多个区间，其中的每个区间分别代表CeUE不同的干扰承受度；若采用两个干扰空间划分阈值总干扰阈值Yu和安全干扰阈值Ys时，就将干扰水平空间划分为安全范围、可接受范围和危险范围三个区间；所述总干扰阈值Yu为CeUE能够承受的最大干扰上限，所述安全干扰阈值Ys为CeUE通信不受有害干扰的安全干扰上限； 且为保证网络稳定，Yu和Ys的数值均由网络运营商设定；(12)基站计算各CeUE上行传输资源能够承受的D2D通信的预期干扰限λ:基站根据对CeUE干扰水平区间的划分和基于CeUE上行传输资源已接收到的干扰，按照预期干扰限入的计算公式或各I 的预期干扰限的平均值计算公式计算D2D通信的预期干扰限λ，式中，Piu表示该CeUE接收到的干扰功率，Pn为噪声功率；(13)基站对D2D通信的预期干扰限λ进行周期更新，保证D2D通信对CeUE上行通信产生的干扰不超过该CeUE能够承受的最大干扰根据实测的干扰值与干扰空间划分阈值的关系，对λ进行相应调整如当前实测的干扰水平比安全干扰阈值低，则下一时间段内的λ值就以设定步长增加；反之，如实测的干扰水平超过CeUE总干扰阈值，则以设定步长不断减小λ值，防止实际干扰对蜂窝通信造成严重影响；而且，与各阈值进行比较的实测干扰值是设定时长内的干扰统计平均值Fro: P11 (kH1-α)X々(k-丨)+αX ☆(々)，，其中，α是可调的遗忘因子，取值为O ( α彡1，α数值越大，表示更新速度越快；Pra(k)为当前第k次测量的CeUE受到的干扰值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述CeUE上行传输资源的不同干扰空间划分阈值是由CeUE的每个上行传输RB上的干扰空间划分阈值计算得到的；其数值均由网络运营商设定，具体计算的操作内容如下(11A)基站先统计该CeUE的所有RB，计算得到每个RB的干扰空间划分阈值，这两个干扰阈值的计算公式为总干扰阈值CJu=P眶-10X Ig(N)-L-σ和安全干扰阈值ω3=πι η(ωυ-ρ E, PIB+P A);此时，采用的阈值多，则划分的区间也更多；式中，Pmax为CeUE的最大发送功率，其数值决定于用户设备类别；N是由上行无线资源管理信息获知的、分配给该CeUE的RB总数；L是由基站根据其发送功率和来自CeUE向其报告的参考信号接收功率RSRP进行计算，所得到的基站与CeUE之间的路径损耗；σ是特定RB的信号干扰噪声比SINR目标值，其数值取决于基站选择的调制和解码方案；P R是考虑相关用户设备的质量要求和传输类型而保留的干扰余量，用于抵制快衰影响、干扰波动和由多个D2D UE同时传输所造成的干扰累积效应；且对于不同的用户设备和传输条件，因QoS要求和服务类型的不同，其干扰余量也应不同；PIB 是在特定RB上接收到的干扰功率，其下标IB表示CeUE协议要求测量的RB上的接收干扰； P α是综合考虑接收干扰的功率、上行链路干扰控制能力和HARQ时，允许的干扰余量；上述除去N以外的所有字符的数值量纲都是分贝(dB);(IlB)基站根据上行调度信息，对该UE的所有上行RB的干扰空间划分阈值进行处理， 获得该UE的干扰空间划分阈值因UE的两个干扰空间划分阈值Y u和Ys都是所有RB上干扰空间划分阈值的线性平均值或最小值的函数采用线性平均值计算得到UE的干扰空间划分阈值为式中，0Vi和°^分别为第i个RB上总干扰阈值和 安全干扰阈值，自然数下标i是RB的序号，其最大值为N。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述步骤(13)中，预期干扰限λ的更新公式为
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述步骤(2)包括下列操作内容(21)基站设置并维护一个包括下述栏目UE序号、UE的RB序号和UE的预期干扰限的各个CeUE资源与干扰情况表；(22)基站根据信令开销和对D2D的控制程度，形成所有CeUE的预期UE资源-干扰表， 并广播下发给D2D UE，以供D2D UE进行灵活的资源管理；(23)基站将CeUE的序号及其预期干扰限一起广播发送，以供D2DUE根据该表判断各 CeUE能够承受的干扰余量；以利于D2D UE利用蜂窝上行传输的资源分配信息避免蜂窝用户干扰D2D通信。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤(2)还包括下述可选择的操作内容如果基站从D2D UE上报信息中获知D2D UE发射功率和D2D UE到基站的路径损耗，则基站就对这些数据进行预处理，并向D2D UE用户的某个集合发送预期的UE用户的序号资源-干扰表的子集，该D2D UE的某个集合是由对基站造成的干扰情况相近似的D2D UE所构成。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤(22)中，D2DUE依据接收到的该UE资源-干扰表灵活执行包括分配复用的资源和设置发送信号功率的资源管理决策；UE 资源-干扰表中的预期干扰限是以比特量化数表示的，并根据干扰控制的精确度和负载之间的折衷关系对该量化比特数进行实时调整。
8.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于所述步骤(3)中，D2DUE灵活执行的资源管理决策内容至少包括下述内容为避免对蜂窝上行传输产生干扰，D2D UE根据预期干扰限表中的其与基站之间的路径损耗和CeUE上行传输资源能够承受的预期干扰限，确定其所允许的发送功率值，并选取具有更高的预期干扰限的资源用于D2D传输；当D2D UE从其得到的UE资源-干扰表中，解析蜂窝用户的上行传输资源分配信息，以获取其能够使用的RB资源；此时，如果有多个D2D UE选择相同的蜂窝资源进行复用时，应采取竞争机制，以避免D2D UE之间的干扰；若D2D UE从其得到的UE资源-干扰表中获知第一个CeUE的上行传输能够容忍由D2D UE传输产生的更高的干扰，则D2D UE应该复用分配给第一个CeUE的上行资源，并避免复用其他CeUE的上行资源。
全文摘要
一种蜂窝与终端直通D2D混合网络中终端直通通信的干扰控制协调方法，其操作步骤为(1)基站统计和计算每个CeUE的上行传输资源及其能承受的D2D通信预期干扰限，并周期更新该干扰限。(2)基站根据获知的干扰控制协调信息和调度信息，将CeUE的上行传输资源能承受的D2D通信预期干扰限形成预期的UE资源-干扰表，并下发至D2D UE。(3)D2D UE依据该UE资源-干扰表灵活执行资源管理决策，避免对蜂窝上行通信造成强干扰。因预期干扰限是周期更新的，能应对时变的干扰情况与业务传输的实时质量需求。基站通过调整、更新预期干扰限的计算参数，网络运营商能够对D2D UE产生的干扰进行控制，并权衡蜂窝系统和D2D系统间的性能折中。
文档编号H04W72/12GK103052164SQ20121057971
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者彭涛, 漆渊, 刘子扬 申请人:北京邮电大学