一种d2d通信中的频谱资源管理方法
【专利摘要】本发明涉及无线移动通信领域，提供一种D2D通信中的频谱资源管理方法，具体包括：同一小区中，多对D2D用户使用与蜂窝用户所用频谱资源正交的频谱资源进行通信；获取每两对D2D用户之间在进行通信时互相受到的同频干扰的干扰量；计算每对D2D用户在受到同频干扰时的通信中断概率；根据所述通信中断概率和所述干扰量将D2D用户对分簇，将所述多对D2D用户使用的频谱资源中若干份彼此正交的频谱资源给每个簇各分配一份，每个簇内的所有D2D用户对复用同一份频谱资源。本发明可以实现D2D通信下同一小区中多对D2D用户对于相同频谱资源的低干扰复用。
【专利说明】一种D2D通信中的频谱资源管理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线移动通信领域，提供一种D2D通信中的频谱资源管理方法。
【背景技术】
[0002]随着各种无线新业务的出现，人们对通信速率的需求越来越高，而能应用于无线通信的频谱资源十分有限，要在有限频谱资源中提供足够高的数据通信速率来满足用户的需求，提高频谱利用率就显得十分重要。D2D (Device-to-Device，设备-设备)通信是一种应用于蜂窝网络中，在系统控制下，通过复用蜂窝小区频谱资源进行直接短距离通信的技术。将D2D技术应用到蜂窝网络中可以有效增加本地网络吞吐量，提高频谱利用率。然而，当复用蜂窝频谱资源时，D2D接收端会受到同频干扰，这一现象会给频谱资源的充分利用带来很大的限制，从而D2D通信下的频谱资源管理就对优化D2D及蜂窝传输有着重要意义。
[0003]当前的频谱资源管理大致可以分为三种方式:频谱分配，功率控制以及模式选择:检测干扰程度，并为D2D用户分配干扰小的频谱资源；对D2D及蜂窝传输链路进行功率控制；当用户点到点的传输无法提供更优的系统性能时，进行模式转换，使用户切换到蜂窝模式。这三种方案均可以在减少干扰的情况下优化频谱资源分配，提高传输质量。
[0004]但是，目前使用的频谱资源管理方案多是针对是一对一的D2D传输模式，也就是一份频谱资源只由一个D2D用户对使用，而不同用户对使用的频谱资源相互正交。这种传输模式在D2D用户数量很大时就有着很大的局限性，因为一对一的形式导致频谱资源数量直接决定用户数量。另一方面，当前方案主要考虑蜂窝和D2D用户间的干扰，如果使多个D2D用户对复用同一频 谱资源，则随之会产生很大的同频干扰，尤其是用户数量很大时产生的大量同频干扰会使传输质量难以得到保证。
【发明内容】
[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供一种D2D通信中的频谱资源管理方法，可以实现D2D通信下同一小区中多对D2D用户对于相同频谱资源的低干扰复用。
[0007](二)技术方案
[0008]一种D2D通信中的频谱资源管理方法，其特征在于，该方法包括:
[0009]同一小区中，多对D2D用户使用与蜂窝用户所用频谱资源正交的频谱资源进行通?目;
[0010]获取每两对D2D用户之间在进行通信时互相受到的同频干扰的干扰量；
[0011]计算每对D2D用户在受到同频干扰时的通信中断概率；
[0012]根据所述通信中断概率和所述干扰量将D2D用户对分簇，将所述多对D2D用户使用的频谱资源中若干份彼此正交的频谱资源给每个簇各分配一份，每个簇内的所有D2D用户对复用同一份频谱资源。
[0013]优选地，在所有所述步骤之后进一步包括通过对同一簇内的D2D用户进行功率控制来减小簇内同频干扰。
[0014]优选地，所述进行功率控制包括根据所述通信中断概率，通过对与成功传输概率成正比而与传输功率成反比的功率优化函数求导的方法，求得最佳传输功率。
[0015]优选地，所述根据所述通信中断概率和所述干扰量将D2D用户对分簇包括:
[0016]根据所述通信中断概率得到每个簇可以容纳的最大用户对数；所述分簇须满足的限制条件包括在D2D用户对数小于等于该最大用户对数。
[0017]优选地，所述根据所述通信中断概率和所述干扰量将D2D用户对分簇步骤须满足的限制条件进一步包括同一簇内的每一个D2D用户对间的通信中断概率小于某规定阈值。
[0018]优选地，所述根据所述通信中断概率和所述干扰量将D2D用户对分簇进一步包括:
[0019]步骤Tl:将所有D2D用户对划入同一个用户组中；
[0020]步骤T2:在所述用户组内，根据所述干扰量计算每一对D2D用户对其他所有D2D用户对的干扰量之和；
[0021]步骤T3:将所有D2D用户对按照所述干扰量之和降序排列；
[0022]步骤T4:若当前用户组内的D2D用户对数大于所述最大用户对数，则将所述干扰量之和最大的D2D用户对移除，并返回步骤T2重复进行这之间的步骤直至当前用户组内的D2D用户对数不大于所述最大用户对数；
[0023]步骤T5:将此时所述用户组内的所有D2D用户对划分为一个新簇，并清空所述用户组；
[0024]步骤T6:若剩余被移除的D2D用户对数大于所述最大用户对数，则将这些D2D用户对划入所述用户组内，并返回步骤T2，重复进行这之间的步骤直至剩余被移除的D2D用户对数不大于所述最大用户对数；
[0025]步骤T7:将此时剩余被移除的D2D用户对分为一个新簇。
[0026](三)有益效果
[0027]本发明至少具有如下的有益效果:
[0028]本发明中，通信中断概率是描述通信成功概率的一个参量，从而可以根据对通信成功率的阈值设定来限定一个簇内可以容纳的最大用户对数；在最大用户对数限制条件下，可以根据干扰量的大小对D2D用户对进行分簇，将干扰量较小的用户对分到同一簇中，并将干扰量较大的用户对分到不同簇中，并使同一簇内D2D用户对复用同一份频谱资源，不同簇间D2D用户对复用彼此正交的频谱资源，从而就实现了多对D2D用户对于相同频谱资源的低干扰复用。
[0029]其中需要说明的是，干扰量的获取是在分簇之前为了获取同频干扰情况的一个链路探测步骤，并不是说所有的D2D用户对都会一直使用相同的频谱资源进行通信。在根据同频干扰情况完成分簇之后，会按照分簇情况给不同簇分配彼此正交的资源。
[0030]分簇的方法中，将对其他D2D用户对干扰量最大的D2D用户对逐一排除，直至用户对数不大于最大用户对数；然后将这些D2D用户对分成一个簇，从而此时簇内剩余的D2D用户对之间同频干扰就会相对小很多。然后对未分组的若干对D2D用户重复这一操作，就能达到减小干扰的目的。另一方面，引入最大用户对数也是为了使簇内干扰尽量小，具体包括:[0031]首先，因为干扰量不小于0，在一个簇内每增加一个用户对，都必然会给其他簇中的用户对带来干扰，所以要使不同簇间干扰量总和最大，则要使每个簇内都容纳尽量多的用户对。
[0032]然后，若不同簇间干扰量总和达到最大，簇内的干扰量就会达到最小。因为如果满用户对的簇A内有一个用户对a，与其他用户对的干扰量总和为Rl，而另一个簇B内有一个用户对b，与簇A内除a外的用户对的干扰量总和为R2，而且Rl大于R2，则要使不同簇间干扰量总和最大，则要使a划分到B内，而使b划分到A内。重复这一过程，则所有彼此干扰量最小的用户对就会集中在簇A内。对每个簇而言都会进行相同的过程，所以在不同簇间的两对D2D用户之间所述干扰量的总和最大的时候，所有簇内部的干扰量是最小的。
[0033]基于以上两点，要使簇内部的干扰量是最小的，则要使每个簇内都容纳尽量多的用户对，亦即使簇内的D2D用户对数都尽量达到最大用户对数。
[0034]通过簇的划分，本发明就决定了哪些D2D用户对可以使用相同频谱资源并且达到较低的干扰量，也就是实现了多对D2D用户对于相同频谱资源的低干扰复用。从而相比较一对一的传输模式，同样的频谱资源就可以在满足干扰足够小的条件下容纳更多的D2D用户对，相比较容纳单D2D用户对有着更大的吞吐量，和更高的频谱资源利用率。
[0035]当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1是本发明一个实施例中一种D2D通信中的频谱资源管理方法流程图；
[0038]图2是本发明一个实施例中D2D通信下的用户簇示意图；
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0040]本发明提供了一种D2D通信中的频谱资源管理方法，参见图1，该方法步骤包括:
[0041]步骤S1:同一小区中，多对D2D用户使用与蜂窝用户所用频谱资源正交的频谱资源进行通信；
[0042]步骤S2:获取每两对D2D用户之间在进行通信时互相受到的同频干扰的干扰量；
[0043]步骤S3:计算每对D2D用户在受到同频干扰时的通信中断概率；
[0044]步骤S4:根据所述通信中断概率和所述干扰量将D2D用户对分簇，将所述多对D2D用户使用的频谱资源中若干份彼此正交的频谱资源给每个簇各分配一份，每个簇内的所有D2D用户对复用同一份频谱资源。
[0045]具体来说，该方法包括:
[0046]当D2D用户对数目比较多时，逐一复用蜂窝用户资源，会对蜂窝传输造成比较大的干扰，为此，引入资源正交的D2D传输模式:即D2D用户间可以复用相同资源，但与蜂窝用户资源正交。在此情况下，蜂窝传输不受影响，重点考虑D2D用户间的干扰控制。
[0047]然后获取每两对D2D用户之间在进行通信时互相受到的同频干扰的干扰量，可以通过链路探测来实现，或者在初始化阶段按照一定流程来测量，在此不再赘述。
[0048]获得D2D接收用户在受到同频干扰下的中断率表达式:
[0049]在此假设单小区半径为R，其覆盖范围以Ωκ表示，N对D2D用户在Ωκ内的分布服从参数为λ的泊松分布，其传输功率为PD。则D2D用户对数量为λ Ωκ，且用户分布概率
为:
【权利要求】
1.一种D2D通信中的频谱资源管理方法，其特征在于，该方法包括: 同一小区中，多对D2D用户使用与蜂窝用户所用频谱资源正交的频谱资源进行通信； 获取每两对D2D用户之间在进行通信时互相受到的同频干扰的干扰量； 计算每对D2D用户在受到同频干扰时的通信中断概率； 根据所述通信中断概率和所述干扰量将D2D用户对分簇，将所述多对D2D用户使用的频谱资源中若干份彼此正交的频谱资源给每个簇各分配一份，每个簇内的所有D2D用户对复用同一份频谱资源。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所有所述步骤之后进一步包括通过对同一簇内的D2D用户进行功率控制来减小簇内同频干扰。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述进行功率控制包括根据所述通信中断概率，通过对与成功传输概率成正比而与传输功率成反比的功率优化函数求导的方法，求得最佳传输功率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述通信中断概率和所述干扰量将D2D用户对分簇包括: 根据所述通信中断概率得到每个簇可以容纳的最大用户对数；所述分簇须满足的限制条件包括在D2D用户对数小于等于该最大用户对数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述通信中断概率和所述干扰量将D2D用户对分簇步骤须满足的限制条件进一步包括同一簇内的每一个D2D用户对间的通信中断概率小于某规定阈值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述通信中断概率和所述干扰量将D2D用户对分簇进一步包括: 步骤Tl:将所有D2D用户对划入同一个用户组中； 步骤T2:在所述用户组内，根据所述干扰量计算每一对D2D用户对其他所有D2D用户对的干扰量之和； 步骤T3:将所有D2D用户对按照所述干扰量之和降序排列； 步骤T4:若当前用户组内的D2D用户对数大于所述最大用户对数，则将所述干扰量之和最大的D2D用户对移除，并返回步骤T2重复进行这之间的步骤直至当前用户组内的D2D用户对数不大于所述最大用户对数； 步骤T5:将此时所述用户组内的所有D2D用户对划分为一个新簇，并清空所述用户组； 步骤T6:若剩余被移除的D2D用户对数大于所述最大用户对数，则将这些D2D用户对划入所述用户组内，并返回步骤T2，重复进行这之间的步骤直至剩余被移除的D2D用户对数不大于所述最大用户对数； 步骤T7:将此时剩余被移除的D2D用户对分为一个新簇。
【文档编号】H04W16/10GK103596182SQ201310616894
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】田辉, 张平, 陈楠楠, 王智博 申请人:北京邮电大学