无网络覆盖下的邻居发现方法，装置和用户设备与流程

本发明一般地涉及通信领域，并且具体地，涉及用于无网络覆盖下用户移动终端设备到用户移动终端设备的邻居发现方法，装置和用户设备。

背景技术：

在LTE R12中提出了关于用户移动终端设备到用户移动终端设备(D2D)的研究项目，其目的在于研究LTE蜂窝网络中D2D的性能和标准。在该研究项目中，网络场景被分成两种，即，具有LTE网络覆盖的情形和没有蜂窝网络覆盖的情形。

前一具有网络覆盖的情形既可用于公共安全(PS)，也可用于诸如商用之类的非公共安全。与此不同，没有网络覆盖的情形仅用于公共安全。在出现诸如地震之类的自然灾害或极端人为破坏的情形中，传统的蜂窝网络覆盖很可能被破坏。

图1示出了无网络覆盖下的通信系统。如图1所示，该通信系统仅包括多个用户移动终端设备，而没有任何蜂窝网络覆盖。此时，如果希望建立用户设备到用户设备的直接通信，则面临巨大的挑战。

首先，在没有网络覆盖的情况下，是不存在用于定时/频率同步的公共参考的。在蜂窝网络中，eNB针对每个小区中的所有用户设备(UE)提供公共同步参考。而在无网络覆盖的情形中，并不存在这种同步参考，因为诸如eNB之类的中央节点是不存在的，或者由于灾难其并不能正常工作。

其次，UE无法接收网络所广播的系统配置信息。在LTE蜂窝网络中，主要的配置参数和系统信息是由eNB广播的，这使得UE可以根据具体的配置来操作。在没有网络覆盖的情景中，没有基站能广播这种信息。

最后，在没有网络覆盖的D2D网络中，由于没有中央控制节点，用户终端的完全分布式的操作将很难提高系统效率并满足某些方面的性能需求，例如，由于在没有网络覆盖的情形下没有同步参考，节点可能不得不连续地搜索其他节点的信标信号以用于发现，从而其邻居发现将消耗较多功率并产生较大延迟，这尤其在某些公共安全应用中，是应该想办法避免的。

技术实现要素：

为了缓解或解决上述的至少一些技术问题，本发明的实施方式提供了一种有效机制，使得可以高效地实现在无网络覆盖的情况下的邻居发现，从而进行用户移动终端设备到用户移动终端设备的直接通信，同时能避免传输冲突并抑制相互干扰。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于无网络覆盖下用户移动终端设备到用户移动终端设备的邻居发现方法。该方法包括在一个用户设备处，检测来自其他用户设备的主同步信号。该方法还包括当没有检测到主同步信号时，所述用户设备被用作头节点，并且该用户设备周期性地发送主同步信号，辅同步信号和配置信息。

根据本发明的另一实施方式，该方法还包括当检测到所述主同步信号时，如果所述用户设备的接收信干噪比小于等于预定阈值，则所述用户设备被用作头节点，并且所述头节点的同步信号参数可以动态调整，以避免与发送所述主同步信号的用户设备间的相互干扰。

根据本发明的又一实施方式，该方法还包括当检测到所述主同步信号时，如果所述用户设备的接收信干噪比大于预定阈值，则所述用户设备作为非头节点依附于发送所述主同步信号的用户设备。

根据本发明的一个实施方式，该方法还包括所述用户设备根据预配置信息或从所述头节点接收到的配置信息来选择邻居发现信道并在所选择的邻居发现信道上发送邻居发现信号。

根据本发明的另一实施方式，该方法还包括调整所述用户设备的定时和频率，以与发送所述主同步信号的用户设备相一致。

根据本发明的又一实施方式，提供了一种用于无网络覆盖下用户移动终端设备到用户移动终端设备的邻居发现的装置。该装置包括用于在一个用户设备处，检测来自其他用户设备的主同步信号的部件。该装置还包括用于当没有检测到主同步信号时，将所述用户设备用作头节点的部件，以及用于周期性地发送主同步信号，辅同步信号和配置信息的部件。

根据本发明的一个实施方式，该装置还包括用于当检测到所述主同步信号时，如果所述用户设备的接收信干噪比小于等于预定阈值，则将所述用户设备用作头节点，并且可以动态调整所述头节点的同步信号参数，以避免与发送所述主同步信号的用户设备间的相互干扰的部件。

根据本发明的另一实施方式，该装置还包括用于当检测到所述主同步信号时，如果所述用户设备的接收信干噪比大于预定阈值，则将所述用户设备作为非头节点依附于发送所述主同步信号的用户设备的部件。

根据本发明的又一实施方式，该装置还包括用于根据预配置信息或从所述头节点接收到的配置信息来选择邻居发现信道并在所选择的邻居发现信道上发送邻居发现信号的部件。

根据本发明的一个实施方式，该装置还包括用于调整所述用户设备的定时和频率，以与发送所述主同步信号的用户设备相一致的部件。

根据本发明的另一实施方式，提供了包括上述装置的用户设备。

附图说明

根据下面结合附图的示例性实施方式的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征和优势将变得明显，在附图中：

图1示意性示出无网络覆盖场景中的通信系统的示图；

图2示意性示出根据本发明一个实施方式的无网络覆盖下的用户移动终端设备到用户移动终端设备的邻居发现方法的流程图；

图3a和图3b分别示意性示出根据本发明一个实施方式的无网络覆盖下的资源配置和信道结构；

图4示意性示出根据本发明另一实施方式的无网络覆盖下的用户移动终端设备到用户移动终端设备的邻居发现方法的流程图；以及

图5示意性示出根据本发明一个实施方式的无网络覆盖下的用户移动终端设备到用户移动终端设备的邻居发现装置的框图。

具体实施方式

在本发明中，没有LTE蜂窝网络覆盖的D2D网络节点将根据自动的头节点选择机制来使得某些公共安全用户终端用作头节点。当PS节点被决定用作头节点之后，其将发送同步信号和配置参数。

下面将结合图2来详细描述根据本发明的实施方式的邻居发现方法200的流程。

图2是示出了根据本发明一个实施方式的无网络覆盖下的D2D邻居发现方法200的流程图。如图2所示，在步骤S201中，在一个用户设备处，该用户设备检测来自其他用户设备的主同步信号(D-PSS)。D-PSS指在该情景下用于D2D邻居发现的主同步信号，这与LTE系统中的PSS的设计类似，仅是使用的具体参数不同。对主同步信号的检测是通过利用滑动窗进行相关运算来完成的。

接下来，在步骤S202中，当没有检测到主同步信号时，该用户设备被用作头节点。在D2D通信建立之前，每个PS节点具有等同的成为头节点的机会。

在步骤S203中，被选作头节点的用户设备周期性地发送主同步信号，辅同步信号(D-SSS)和配置信息。类似于D-PSS，D-SSS指在该情景下用于D2D邻居发现的辅同步信号，这与LTE系统中的SSS的设计类似，仅是使用的具体参数不同。但是请注意，PS头节点进行D2D操作(即，邻居发现和直接通信)所需的所有的配置信息仅包括PS头节点发送的配置信息和PS节点中的预配置参数。作为非头节点的用户设备随后可以根据D-PSS，D-SSS，以及配置信息来进行与其所属的头节点的定时同步和频率同步。例如，非头PS节点从所配置的非头PS节点邻居发现(ND)信道池中随机选出ND信道，并且在选出的ND信道上发送信标信号，以用于被其他节点发现。同时，非头PS节点将监听其他非头ND信道，以发现其对等邻居(即，非头PS节点)。

注意，在本发明中，虽然被选出的头节点充当类似于虚拟基站的角色，但是，无网络覆盖情景下的头节点是与蜂窝网络覆盖下的实际基站有本质不同的。二者之间的差异主要在于，本发明中的头节点仅担负非常有限的职责，例如，发送同步信号和配置参数。而正常eNB的其他功能(诸如，功率控制，资源分配，传输格式等)可以以分布式的方式实现在没有网络覆盖的D2D网络中。

以下将具体描述没有网络覆盖的情景下用于D2D的邻居发现的帧结构和资源。在每个ND周期中(该ND周期被预配置在每个PS节点处，但这并不是必须的，其也可以由头节点配置)，ND资源被分为两部分：头节点ND信道池和非头节点ND信道池。

图3a和图3b分别示出了根据本发明一个实施方式的无网络覆盖下的资源配置和信道结构。如图3a和图3b所示，头节点ND信道池包括多个ND信道和同步信号(前述的D-PSS和D-SSS)。同步信号唯一地对应于ND信道，并且是以码分复用(CDM)方式复用的。而ND信道是以频分复用(FDM)方式复用的。为了使系统操作更加简便高效，在本发明的一种实施方式中，D-PSS承载的信息可确定对ND信道的选择。通过这种方式，彼此间距离不远的头节点(即，邻近头节点)可利用不同的D-PSS序列来避免彼此之间的相互干扰，并且，非头节点可从检测到的D-PSS序列索引来导出对应的头节点所使用的ND信道。

针对多个头节点ND信道，每个ND信道是由多个ND信道段形成的(例如，如图3a和图3b所示的3×2信道段)，并且每个ND信道承载来自头节点的配置信息。ND信道段是ND信道的基本结构单元。在头节点ND信道中，两个同步信号不仅提供同步参考，还提供针对ND信道信号的相干检测所需的信道估计。另外，邻近头节点ND信道之间设计有保护带，这是减轻邻近ND信道之间的相互干扰所必须的。这是与有网络覆盖的情形不同的，因为在无网络覆盖下的情形中，头节点不可避免地具有某些频率偏移和/或定时偏移。

在非头节点ND信道池中，存在许多非头节点信道，其中每个是由多个ND信道段所构成的。在一种实施方式中，如图3a所示，形成ND信道的多个ND信道段可在时间域内分配式的配置(选项1)。在另一种实施方式中，如图3b所示，形成ND信道的多个ND信道段可在频率域上相邻配置(选项2)。选项1的益处在于，对于ND信道的分布式设计可提供显著的时间分集增益，这对于针对小分组(诸如，信标分组)的检测性能而言是特别重要的。但是，选项1的缺陷是，大量ND信道被在频域上复用(如图3a所示，ND信道池具有大小12×2)，这导致选择了这些ND信道的非头节点由于受到半双工的限制(即，节点无法同时发送和接收)而不能发现彼此。而选项2的益处和权限正好与选项1相反。

多个非头节点ND信道被以时分复用/频分复用(TDM/FDM)复用，并且承载发现信标分组。该发现信标分组是对本用户终端节点ID信息通过一系列处理(其包括CRC校验编码，信道编码(例如，咬尾卷积编码)，速率匹配，物理层串扰，星座调制(例如，QPSK)，可选的DFT预编码和最后到对所选ND信道的物理资源的映射)所获得的。每个非头节点对ND信道的选择可以是随机的，并且是彼此独立地。注意，可以用多个子帧来添加更多的非头ND信道。有关非头ND信道的配置可由头节点控制和广播。

优选地，当用户设备检测到D-PSS时，如果该用户设备的接收信干噪比小于等于预定阈值，则该用户设备科被用作头节点，并且该头节点的同步信号参数可以动态调整，以避免与发送D-PSS的用户设备间的相互干扰。另一方面，在一种实施方式中，当用户设备检测到D-PSS时，如果该用户设备的接收信干噪比大于预定阈值，则该用户设备作为非头节点依附于发送D-PSS的用户设备。

下面将结合图4来详细描述涵盖了上述根据本发明的实施方式的邻居发现方法400的流程。

图4是示出了根据本发明另一实施方式的无网络覆盖下的D2D邻居发现方法400的流程图。如图4所示，方法400完整地呈现了如何确定哪些PS节点可用作头节点，以及哪些PS节点可用作非头节点的过程。在步骤S401中，首先进行传统的蜂窝小区搜索，从而选择/重新选择可用的小区。在步骤S402中，当蜂窝小区搜索连续失败的次数超过预配置的数目时，将进行到步骤S403，此时节点变换成网络覆盖外模式。在步骤S404中，通过搜索D-PSS序列来开始进行针对PS头节点的扫描。

在步骤S405中，判断是否已经找到头节点(即，方法200中所述的检测是否接收到D-PSS)。如果没有找到现有的头节点，则进行到步骤S406，其中该PS节点用作头节点，并且，使用预配置的头节点ID，该头节点ID唯一地对应于D-PSS和D-SSS序列。接下来，在步骤S407中，被选作头节点的PS节点开始发送对应的主同步信号，辅同步信号和配置信息。在步骤S408中，当其他PS节点进入该头节点的邻近区时，其可通过扫描同步信号来找到头节点。在一种实施方式中，作为非头节点的用户设备根据预配置信息或从被选作头节点的用户设备接收到的配置信息来选择邻居发现信道并在所选择的邻居发现信道上发送邻居发现信号。例如，根据来自头节点的配置信息，其他PS节点中的每一个将选择一个非头节点的ND信道，并且，在所选信道上发送邻居发现信号(例如，信标分组)。头节点可通过该信标分组来发现邻近的非头节点。同时，通过接收其他非头节点发送的信标分组，非头节点彼此间也可进行发现。

如果在步骤S405中发现了头节点，则进行到步骤S409，其中，PS节点检查接收信干噪比(SINR)是否大于阈值，该阈值是被预配置的。如果接收SINR大于阈值，说明该PS节点距离头节点较近，则PS节点作为非头节点依附到该头节点上，随后进行邻居发现和其他相关操作。

如果接收SINR小于阈值，这说明PS节点距离头节点较远，则进行到步骤S411，其中该PS节点用作其范围内的头节点。在该情形中，头节点的同步信号参数可以动态调整，以避免与发送所述主同步信号的用户设备间的相互干扰。例如，如果PS节点发现其预配置的头节点主同步序列ID与已有的头节点的主同步序列ID相冲突，则可调整预配置的头节点ID。举例来说，当仅使用了三个D-PSS序列时，可以调整主同步序列ID是0，1或2，以避免与已有的头节点主同步序列ID冲突，在此情况下，可以通过运算mod(HD-ID，3)+m，3)+floor(HD-ID/3)*3调整本PS节点的预配置ID号，其中HD-ID表示头节点ID，则可避免新选出的头节点的主同步序列ID与已有的头节点的主同步序列ID相同。这样做的目的是为了避免与已有头节点的传输相冲突，因为D-PSS序列与稍后将描述的头节点ND信道选择相对应。

在经过头节点ID调整之后，在步骤S412中，被选作头节点的PS节点将广播与调整后的头节点主同步序列ID相对应的主同步信号，辅同步信号和配置信息。在一种实施方式中，作为头节点的用户设备的发送定时和发送频率可与已有的头节点一致。这样能尽可能地减小头节点之间的相互干扰。

上文描述了方法400及其在多个实施方式中的扩展。通过方法400及其扩展，头节点可发现其周围邻近的非头节点，并且，也可被非头节点发现。同时，非头节点间也可进行彼此的互相发现。基于发现结果，PS节点可决定是否与其他一个或多个节点进行直接通信。方法400可以高效地实现在无网络覆盖的情况下的邻居发现，从而进行设备到设备的直接通信，并且能避免传输冲突并抑制相互干扰。

图5是示出了根据本发明一个实施方式的无网络覆盖下的用户移动终端设备到用户移动终端设备的邻居发现装置的框图。

如图5所示，该装置500包括第一部件501，第二部件502，以及第三部件503。装置500能够执行上述方法200。其中，第一部件501是用于在一个用户设备处，检测来自其他用户设备的主同步信号的部件。第二部件502用于当没有检测到主同步信号时，将所述用户设备用作头节点的部件，而第三部件503是用于周期性地发送主同步信号，辅同步信号和配置信息的部件。

在另一实施方式中，装置500还包括第四部件，该第四部件是用于当检测到主同步信号时，如果用户设备的接收信干噪比小于等于预定阈值，则将用户设备用作头节点，并且可以动态调整头节点的同步信号参数，以避免与发送主同步信号的用户设备间的相互干扰的部件。

在又一实施方式中，装置500还包括第五部件，该第五部件是用于当检测到主同步信号时，如果用户设备的接收信干噪比大于预定阈值，则将用户设备作为非头节点依附于发送主同步信号的用户设备的部件。

在一个实施方式中，装置500还包括第六部件，该第六部件是用于根据预配置信息或从头节点接收到的配置信息来选择邻居发现信道并在所选择的邻居发现信道上发送邻居发现信号的部件。

在一个实施方式中，装置500还包括第七部件，该第七部件是用于调整用户设备的定时和频率，以与发送主同步信号的用户设备相一致的部件。

综上，结合附图对本发明的各个实施方式进行了详细的描述。本领域技术人员可以理解本发明的实施方式可以通过硬件、软件、固件、模块或者其结合来实现，也可以在供任何合适数据处理系统使用的信号承载介质上所设置的计算机程序产品中体现本发明。这种信号承载介质可以是传输介质或用于机器可读信息的可记录介质，包括磁介质、光介质或其他合适介质。可记录介质的示例包括：硬盘驱动器中的磁盘或软盘、用于光驱的光盘、磁带，以及本领域技术人员所能想到的其他介质。本领域技术人员应该认识到，具有合适编程装置的任何通信终端都将能够执行如程序产品中体现的本发明方法的步骤。

应当注意，为了使本发明更容易理解，上面的描述省略了对于本领域的技术人员来说是公知的、并且对于本发明的实现可能是必需的更具体的一些技术细节。

尽管已经公开了本发明的特定实施方式，但本领域技术人员将理解可针对特定的实施方式做出改变而不会偏离本发明的精神和范围。因此，本发明不限于特定的实施方式，并且所附权利要求包含本发明范围内的任何和所有这样的应用、修改和实施方式。