一种蜂窝D2D通信系统的干扰图构建方法与流程

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及了一种蜂窝d2d通信系统的干扰图构建方法。

背景技术：

在面向5g的无线通信技术的演进中，一方面，传统的无线通信性能指标，比如网络容量、频谱效率等需要持续提升，以进一步提高有限且日益紧张的无线频谱利用率；另一方面，更丰富的通信模式以及由此带来的终端用户体验的提升以及蜂窝通信应用的扩展也是一个需要考虑的演进方向。作为面向5g的关键候选技术，设备到设备通信(device-to-device，d2d)具有潜在的提高系统性能、提升用户体验、扩展蜂窝通信应用的前景，受到广泛关注。物基于蜂窝网络的d2d通信，是指用户数据可不经网络中转而直接在终端之间传输。传统蜂窝通信模式与d2d通信模式如图1所示。

图论是非常有用的一种数学工具，图能清晰地反映不同顶点间的相互关系，已被广泛地应用于资源分配。干扰图模型即假设两个干扰实体(节点或者链接)之间的干扰关系是二元的。这样网络中的干扰关系构成一个干扰图,对于建模其上的优化问题可以方便的使用已有的图论算法。在蜂窝d2d资源分配中，基于干扰图模型的资源分配方法更是当前研究的一个热点。目前的这些研究大都是集中在已知干扰图前提下如何利用图论知识有效得进行资源分配方法，然而干扰图是需要通过适当的方式构建的，干扰图构建的好坏、快慢都将会直接影响资源分配的性能。

技术实现要素：

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种蜂窝d2d通信系统的干扰图构建方法，提高干扰图的准确性和有效性。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种蜂窝d2d通信系统的干扰图构建方法，包括以下步骤：

(1)将小区中的链路均匀划分为蜂窝链路和d2d链路，分配不同的资源，在基站端保存d2d链路信息和蜂窝链路共同接收端信息；

(2)将时域划分为帧，每一帧为一个循环过程，在每一帧结束时获取当前帧的干扰图信息；

(3)对于蜂窝链路的发射端，基站实时维护每一条蜂窝链路的优先权等级，蜂窝链路采用优先权轮播的方式进行资源分配、链路广播和反馈后，在基站进行计算和干扰图更新；

(4)对于d2d链路的发射端，通过现有干扰图信息计算链路在各个频率上的频率冲突和，根据最小冲突和原则获取各个d2d链路最优频率分配，继而得到d2d链路的全局最优频率分配。

进一步地，在步骤(1)中，用cellularlink表示蜂窝链路，d2dlink表示d2d链路；基站保存的d2d链路信息包含d2d链路的id，已经确定的d2d链路接收端的蜂窝链路邻居集合dnborconfirmset，已经确定的d2d链路接收端的d2d链路邻居集合dnborconfirmset，已经确定的d2d链路接收端的d2d链路非邻居集合dunnborconfirmset，d2d链路接收端可能的d2d链路邻居集合列表list＜dnborsetpossiable＞，list＜dnborsetpossiable＞中的一个可能的d2d链路邻居集合dnborsetpossiable包含3个d2dlink；基站保存的蜂窝链路共同接收端信息包含已经确定的基站的d2d链路邻居集合cnborconfirmset，已经确定的基站的d2d链路非邻居集合cunnborconfirmset，基站可能的d2d链路邻居集合列表list＜dnborsetpossiable＞bs，list＜dnborsetpossiable＞bs中的一个可能的d2d链路邻居集合dnborsetpossiable包含3个d2dlink。

进一步地，步骤(2)的具体过程为，将时域划分为帧，每帧内的循环过程依次包括基站更新链路信息、蜂窝链路资源分配、蜂窝链路广播与基站计算、d2d链路资源分配和d2d链路广播与基站计算；

每一帧的初始基站更新链路信息的方式为，将前一帧离开的蜂窝链路信息从基站端的蜂窝链路共同接收端信息中移除，从所有d2dlink的cnborconfirmset中移除；初始化上一帧加入小区的蜂窝链路的信息，并将链路信息加入基站端的蜂窝链路共同接收端信息中；将前一帧离开的d2d链路信息从基站端的d2d链路信息中移除，从所有d2dlink的dnborconfirmset和dunnborconfirmset中移除，将包含该链路信息的dnborsetpossiable从相应的list＜dnborsetpossiable＞和list＜dnborsetpossiable＞bs中移除；初始化上一帧加入小区的d2d链路的信息，并将链路信息加入基站端的d2d链路信息中。

进一步地，步骤(3)的具体过程为，基站根据蜂窝链路的优先权大小对所有蜂窝链路进行排序，选取排位前2*numru条蜂窝链路，numru表示可用频率单元的数量；如果优先权大小相同，则按蜂窝链路加入小区的时间排序；如果蜂窝链路数量不大于2*numru，则全部选取，构成一个选中的蜂窝链路序列；基站循环将频率单元分配给该序列中的蜂窝链路的发射端；如果基站为某蜂窝链路cellularlinki分配了频率单元，则更新cellularlinki的优先权为0，否则，更新它的优先权为min(hi+1,hmax)，hi为cellularlinki的优先权等级，hmax为预设的最高优先权等级；如果基站为cellularlinki的发射端分配了频率单元，则cellularlinki的发射端将在该频率单元上发送信号广播，其中携带着cellularlinki的id；d2d链路的接收端监听所有频率单元，根据蜂窝链路id的接收和识别情况，标记频率单元的类型；如果某d2d链路d2dlinki的接收端在频率单元n上能够正确识别蜂窝链路的id，标记频率单元n为蜂窝类型1，并将检测到的蜂窝链路id和频率单元n类型上报给基站；如果在频率单元n上检测到冲突，则标记频率单元n为蜂窝类型2，并将频率单元n的类型上报给基站；否则，标记n为蜂窝类型0，并将频率单元n的类型上报给基站；基站统计所有d2d链路的接收端上报的蜂窝类型和蜂窝链路id信息，更新cellularlinki的cnborconfirmseti＝cnborconfirmseti∪cellularlinkm∪cset(n)，cset(n)表示频率单元n的类型为蜂窝类型2时，小区分配频率单元n的蜂窝链路集合，cellularlinkm表示频率单元n的类型为蜂窝类型1时，被d2d链路正确识别id的蜂窝链路。

进一步地，步骤(4)的具体过程为，定义两条d2d链路d2dlinki与d2dlinkj的冲突权重为confictweight(i,j)，confictweight(i,j)表示根据当前已知的干扰图，小区内确定能够同时收到d2dlinki与d2dlinkj发送的广播信号的接收端数量，该接收端数量为基站和d2d链路接收端总数量；定义d2dlinki与d2dlinkj在频率单元n上的冲突标志flag(i,j,n,nj)，nj表示已经分配给d2dlinkj的频率单元，n表示计划分配给d2dlinki的频率单元；定义d2dlinki在频率单元n上的冲突和基站根据已知的干扰图信息，构建d2d链路之间的冲突权重表，依照d2d链路被基站识别的顺序将所有d2d链路排序成一个序列，并基于已知干扰图的最小冲突权重和原则依次分配频率单元给该序列中d2d链路的发射端；基站分配使confictsumweight(i,n)最小的频率单元n给d2dlinki进行信息发送；如果d2dlinki有多个频率单元的权重和等于最小权重和，定义频率单元n在分配给d2dlinki前被重复使用的次数reusetimes(n)，基站将分配使reusetimes(n)最小的那个频率单元n给d2dlinki进行信息发送；如果有多个reusetimes(n)相等，则随机从这些频率单元n中选取分配给d2dlinki；如果基站为d2dlinki的发射端分配了频率单元，则d2dlinki的发射端将在该频率单元上发送信号广播，其中携带d2dlinki的id，d2d链路的接收端和基站监听所有的频率单元，根据d2d链路的id的接收和识别情况，标记频率单元的类型，如果d2d链路的接收端和基站在频率单元n上能够正确识别d2d链路的id，标记频率单元n为d2d类型1，并记录该d2d链路的id，如果在频率单元n上检测到冲突，则标记频率单元n为d2d类型2，否则，标记频率单元n为d2d类型0，并将d2d链路接收端记录的id和频率单元类型信息上报给基站；基站统计d2d链路接收端的上报信息和基站标记、记录信息，分析d2d链路和基站每个频率单元上的情况，更新邻居信息；定义dsetall(n)表示小区分配频率单元n的链路集合，若d2dlinki上报频率单元n的类型为d2d类型1，则更新d2dlinki的干扰图信息：dnborconfirmseti＝dnborconfirmseti∪d2dlinkm，

dunnborconfirmseti＝dunnborconfirmseti∪(dsetall(n)-d2dlinkm)，d2dlinkm为d2dlinki上报的id所对应的d2d链路；若d2dlinki上报频率单元n的类型为d2d类型2，则此时先计算confictset(i,n)possiable＝dsetall(n)-dunnborconfirmseti，如果confictset(i,n)possiable的元素个数等于2，那么此时更新干扰图信息：dnborconfirmseti＝dnborconfirmseti∪confictset(i,n)possiable，如果confictset(i,n)possiable元素个数等于3，则将confictset(i,n)possiable加入到list＜dnborsetpossiable＞i中，更新干扰图信息：list＜dnborsetpossiable＞i＝list＜dnborsetpossiable＞i+confictset(i,n)possiable，如果confictset(i,n)possiable的元素个数大于3，则视为无用信息丢弃。

采用上述技术方案带来的有益效果：

本发明根据蜂窝链路与d2d链路的不同特征采用不同处理方式，提高了链路id识别的概率，优先权轮播方式使在蜂窝链路干扰邻居多的情况下，提高了链路的实时性，最小冲突和方式则使用贪婪的方式使链路广播冲突的概率最小，而多次反馈计算的方式充分利用上了每一次的广播信息来提高链路id识别的概率。

附图说明

图1是传统蜂窝通信模式与d2d通信模式示意图；

图2是本发明的方法流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

一种蜂窝d2d通信系统的干扰图构建方法，如图2所示，具体步骤如下。

步骤1：将小区中的链路均匀划分为蜂窝链路和d2d链路，分配不同的资源，在基站端保存d2d链路信息和蜂窝链路共同接收端信息。

用cellularlink表示蜂窝链路，d2dlink表示d2d链路；基站保存的d2d链路信息包含d2d链路的id，已经确定的d2d链路接收端的蜂窝链路邻居集合dnborconfirmset，已经确定的d2d链路接收端的d2d链路邻居集合dnborconfirmset，已经确定的d2d链路接收端的d2d链路非邻居集合dunnborconfirmset，d2d链路接收端可能的d2d链路邻居集合列表list＜dnborsetpossiable＞，list＜dnborsetpossiable＞中的一个可能的d2d链路邻居集合dnborsetpossiable包含3个d2dlink；基站保存的蜂窝链路共同接收端信息包含已经确定的基站的d2d链路邻居集合cnborconfirmset，已经确定的基站的d2d链路非邻居集合cunnborconfirmset，基站可能的d2d链路邻居集合列表list＜dnborsetpossiable＞bs，list＜dnborsetpossiable＞bs中的一个可能的d2d链路邻居集合dnborsetpossiable包含3个d2dlink。

步骤2：将时域划分为帧，每一帧为一个循环过程，在每一帧结束时获取当前帧的干扰图信息。

每帧内的循环过程依次包括基站更新链路信息、蜂窝链路资源分配、蜂窝链路广播与基站计算、d2d链路资源分配和d2d链路广播与基站计算；

每一帧的初始基站更新链路信息的方式为，将前一帧离开的蜂窝链路信息从基站端的蜂窝链路共同接收端信息中移除，从所有d2dlink的cnborconfirmset中移除；初始化上一帧加入小区的蜂窝链路的信息，并将链路信息加入基站端的蜂窝链路共同接收端信息中；将前一帧离开的d2d链路信息从基站端的d2d链路信息中移除，从所有d2dlink的dnborconfirmset和dunnborconfirmset中移除，将包含该链路信息的dnborsetpossiable从相应的list＜dnborsetpossiable＞和list＜dnborsetpossiable＞bs中移除；初始化上一帧加入小区的d2d链路的信息，并将链路信息加入基站端的d2d链路信息中。

步骤3：对于蜂窝链路的发射端，基站实时维护每一条蜂窝链路的优先权等级，蜂窝链路采用优先权轮播的方式进行资源分配、链路广播和反馈后，在基站进行计算和干扰图更新。

基站根据蜂窝链路的优先权大小对所有蜂窝链路进行排序，选取排位前2*numru条蜂窝链路，numru表示可用频率单元的数量；如果优先权大小相同，则按蜂窝链路加入小区的时间排序；如果蜂窝链路数量不大于2*numru，则全部选取，构成一个选中的蜂窝链路序列；基站循环将频率单元分配给该序列中的蜂窝链路的发射端；如果基站为某蜂窝链路cellularlinki分配了频率单元，则更新cellularlinki的优先权为0，否则，更新它的优先权为min(hi+1,hmax)，hi为cellularlinki的优先权等级，hmax为预设的最高优先权等级；如果基站为cellularlinki的发射端分配了频率单元，则cellularlinki的发射端将在该频率单元上发送信号广播，其中携带着cellularlinki的id；d2d链路的接收端监听所有频率单元，根据蜂窝链路id的接收和识别情况，标记频率单元的类型；如果某d2d链路d2dlinki的接收端在频率单元n上能够正确识别蜂窝链路的id，标记频率单元n为蜂窝类型1，并将检测到的蜂窝链路id和频率单元n类型上报给基站；如果在频率单元n上检测到冲突，则标记频率单元n为蜂窝类型2，并将频率单元n的类型上报给基站；否则，标记n为蜂窝类型0，并将频率单元n的类型上报给基站；基站统计所有d2d链路的接收端上报的蜂窝类型和蜂窝链路id信息，更新cellularlinki的cnborconfirmseti＝cnborconfirmseti∪cellularlinkm∪cset(n)，cset(n)表示频率单元n的类型为蜂窝类型2时，小区分配频率单元n的蜂窝链路集合，cellularlinkm表示频率单元n的类型为蜂窝类型1时，被d2d链路正确识别id的蜂窝链路。

步骤4：对于d2d链路的发射端，通过现有干扰图信息计算链路在各个频率上的频率冲突和，根据最小冲突和原则获取各个d2d链路最优频率分配，继而得到d2d链路的全局最优频率分配。

定义两条d2d链路d2dlinki与d2dlinkj的冲突权重为confictweight(i,j)，confictweight(i,j)表示根据当前已知的干扰图，小区内确定能够同时收到d2dlinki与d2dlinkj发送的广播信号的接收端数量，该接收端数量为基站和d2d链路接收端总数量；定义d2dlinki与d2dlinkj在频率单元n上的冲突标志flag(i,j,n,nj)，nj表示已经分配给d2dlinkj的频率单元，n表示计划分配给d2dlinki的频率单元；定义d2dlinki在频率单元n上的冲突和基站根据已知的干扰图信息，构建d2d链路之间的冲突权重表，依照d2d链路被基站识别的顺序将所有d2d链路排序成一个序列，并基于已知干扰图的最小冲突权重和原则依次分配频率单元给该序列中d2d链路的发射端；基站分配使confictsumweight(i,n)最小的频率单元n给d2dlinki进行信息发送；如果d2dlinki有多个频率单元的权重和等于最小权重和，定义频率单元n在分配给d2dlinki前被重复使用的次数reusetimes(n)，基站将分配使reusetimes(n)最小的那个频率单元n给d2dlinki进行信息发送；如果有多个reusetimes(n)相等，则随机从这些频率单元n中选取分配给d2dlinki；如果基站为d2dlinki的发射端分配了频率单元，则d2dlinki的发射端将在该频率单元上发送信号广播，其中携带d2dlinki的id，d2d链路的接收端和基站监听所有的频率单元，根据d2d链路的id的接收和识别情况，标记频率单元的类型，如果d2d链路的接收端和基站在频率单元n上能够正确识别d2d链路的id，标记频率单元n为d2d类型1，并记录该d2d链路的id，如果在频率单元n上检测到冲突，则标记频率单元n为d2d类型2，否则，标记频率单元n为d2d类型0，并将d2d链路接收端记录的id和频率单元类型信息上报给基站；基站统计d2d链路接收端的上报信息和基站标记、记录信息，分析d2d链路和基站每个频率单元上的情况，更新邻居信息；定义dsetall(n)表示小区分配频率单元n的链路集合，若d2dlinki上报频率单元n的类型为d2d类型1，则更新d2dlinki的干扰图信息：dnborconfirmseti＝dnborconfirmseti∪d2dlinkm，dunnborconfirmseti＝dunnborconfirmseti∪(dsetall(n)-d2dlinkm)，d2dlinkm为d2dlinki上报的id所对应的d2d链路；若d2dlinki上报频率单元n的类型为d2d类型2，则此时先计算confictset(i,n)possiable＝dsetall(n)-dunnborconfirmseti，如果confictset(i,n)possiable的元素个数等于2，那么此时更新干扰图信息：dnborconfirmseti＝dnborconfirmseti∪confictset(i,n)possiable，如果confictset(i,n)possiable元素个数等于3，则将confictset(i,n)possiable加入到list＜dnborsetpossiable＞i中，更新干扰图信息：list＜dnborsetpossiable＞i＝list＜dnborsetpossiable＞i+confictset(i,n)possiable，如果confictset(i,n)possiable的元素个数大于3，则视为无用信息丢弃。

实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。