针对设备到设备和蜂窝通信进行资源共享的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开的实施方式总体上涉及无线通信技术领域，以及更具体地，涉及一种针对 设备到设备通信和蜂窝通信进行资源共享的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 现今，针对无线带宽上高速数据服务的需求持续增长，这种需求的增长促使开发 出很多新的技术。例如，设备到设备（D2D)通信已经被建议作为蜂窝网络的底层技术，以便 改善频谱效率和系统总速率。D2D通信是允许用户设备（UE)通过直接连接而不是通过基站 中继来进行彼此通信的一种新型技术，并且其有望成为下一代蜂窝网络支持的关键特征。 在D2D通信中，D2D UE可与常规蜂窝UE共享相同的载波资源，而建立过程将仍由网络进行 控制。以这种方式，可以提供较高的数据速率，可以花费较少的功率消耗，并且可以实现高 效的资源（诸如频谱）利用率。
[0003] 作为蜂窝系统的底层技术，D2D通信可能以正交方式或者非正交方式与蜂窝用户 共享资源。在正交共享方案下，向D2D用户分配专用资源。此方案容易实现，但是不能完全 利用D2D通信的潜力来改善蜂窝系统的频谱效率。正是因为这个原因，非正交共享方案也 受到更多的关注。在非正交共享方案中，蜂窝用户和D2D用户共享相同的资源。然而，由于 资源共享，可能会引起对蜂窝网络用户的不期望的干扰。具体而言，在下行链路（DL)传输 期间，常规蜂窝用户可能受到D2D发射器的干扰，而另一方面，在上行链路（UL)传输期间， 基站（BS)可能成为D2D发射器干扰的受害者。因此，为了确保高效地利用D2D通信，通常 需要采用具有有效干扰管理的适当资源共享方案。
[0004] 特别是对在底层支撑蜂窝系统的D2D通信的资源共享进行优化受到极大 关注。 例如，在论文"Resource sharing optimization for device-t〇-device communication underlaying cellular networks'，（C. _H. Yu, K. Doppler, C. B. Ribeiro 和 0· Tirkkonen，IEEE Trans. Wireless Commun.，vol 10，ηο· 8,第2752-2763 页，2011 年8月） 中，公开了一种资源共享优化方案。根据此论文中建议的方案，存在三种资源分配模式，即， 非正交共享模式，正交共享模式和蜂窝模式。在非正交共享模式中，D2D用户和蜂窝用户复 用相同的资源，这可能引起对彼此的干扰；在正交共享模式中，向D2D用户分配部分资源， 而剩下的部分资源留给蜂窝用户用于信号传输；而在蜂窝模式中，D2D用户以传统方式通 过充当中继结点的BS来彼此通信。在所建议的方案中，所有这些模式中的传输都进行了优 化，并且可以在UL传输或DL传输中应用资源共享，并且建议了在一个D2D对和单个蜂窝UE 之间的资源共享方案，以便优化总速率，同时考虑了不同的约束。
[0005] 然而，此论文中公开的解决方案仅在原则上解决了初级问题，它并不能够在实际 应用中使用。实际上，仍有很多待解决的问题。因此，在现有技术中，需要一种针对D2D通 信和蜂窝通信进行资源共享的新技术方案。
【发明内容】
[0006] 鉴于上文，本公开提供了一种用于在D2D通信和蜂窝通信之间进行资源共享的新 解决方案，以便解决或者至少部分缓解现有技术中的至少部分问题。
[0007] 根据本公开的第一方面，提供了一种针对D2D通信和蜂窝通信进行资源共享的方 法。该方法可以包括：确定包含潜在蜂窝用户的蜂窝用户集合，这些潜在蜂窝用户可与D2D 对共享资源；以及通过在每个潜在蜂窝用户的服务质量（QoS)约束和功率预算约束以及所 述D2D对的传输功率约束下，使D2D对的吞吐量最大化，来确定所述D2D对在蜂窝用户集合 中的至少一个蜂窝用户的频带上的传输功率以及该至少一个蜂窝用户的传输功率。
[0008] 在本公开的一个实施方式中，确定蜂窝用户集合可以包括：针对每个被调度的蜂 窝用户，执行可行性检查，以查找其QoS在未进行资源共享的情况下能够得到保证的蜂窝 用户。
[0009] 在本公开的另一个实施方式中，执行可行性检查可以包括确定每个调度蜂窝用户 的功率预算是否满足：2 Pi ····〗€%€,其中P1是蜂窝用户i的QoS阈值，a i指代从蜂窝 用户i到基站的归一化信道增益；以及P1是蜂窝用户i的功率预算。
[0010] 在本公开的另一个实施方式中，在包含在蜂窝用户集合中的所有潜在蜂窝用户的 容许干扰功率水平之和小于或等于D2D对的功率预算的情况下，可以将D2D对在至少一个 蜂窝用户i的频带上的传输功率和至少一个蜂窝用户i的传输功率确定为
[0011]
[0012] 其中 D1 = min {Q i，（ a P1- ω J / ω i Θ J ;辟 ...七 Qi 是 D2D 对在蜂窝用户 i 的 频带上的传输功率的限制；α ^旨代从蜂窝用户i到基站的归一化信道增益；Θ ^旨代在蜂 窝用户i的频带上的、从D2D发射器到基站的归一化信道增益；P i是蜂窝用户i的QoS阈 值；以及P1是蜂窝用户i的功率预算。
[0013] 在本公开的另一个实施方式中，潜在蜂窝用户的最优传输功率满足：
，其中P i是蜂窝用户i的QoS阈值，a i指代从蜂窝用 户i到基站的归一化信道增益；Θ ^旨代在蜂窝用户i的频带上的、从D2D发射器到基站的 归一化信道增益，以及&是D2D发射器在蜂窝用户i的频带上的传输功率。
[0014] 在本公开的另一个实施方式中，D2D对在潜在蜂窝用户i的频带上的最优传输功 率^满万
其中，Q代表D2D对的功率预算。
[0015] 在本公开的另一个实施方式中，在包含在蜂窝用户集合中的所有潜在蜂窝用户的 容许干扰功率水平之和大于D2D对的功率预算的情况下，可以将D2D对在至少一个蜂窝用 户的频带上的传输功率和至少一个蜂窝用户的传输功率确定为：
[0016]
[0017] 其中，代表到区间[0,0幻上的投影；
[0018] A1- = ω β Θ ,. ( α γ ,.+ ω β θ ,.) B1- = ( α ,.+ ω β ,.) (2 ω β θ ,.+ α γ ,.)
[0020] Μ = ~-1 ; α馮代从蜂窝用户i到基站的归一化信道增益；β i指代从蜂窝 用户i到D2D接收器的归一化信道增益；γ ^旨代在蜂窝用户i的频带上的、从D2D发射器 到D2D接收器的归一化信道增益；Θ ^旨代在蜂窝用户i的频带上的、从D2D发射器到基站 的归一化信道增益；P i是蜂窝用户i的QoS阈值；λ是拉格朗日乘数；Q i是在蜂窝用户i 的频带上的、D2D对的传输功率的限制；以及P1是蜂窝用户i的功率预算。
[0021] 在本公开的另一个实施方式中，潜在蜂窝用户的每个潜在蜂窝用户的传输功率可 以确定为固定值。例如，固定功率可以是潜在蜂窝用户的每个潜在蜂窝用户的功率预算。在 这种情况下，D2D对在至少一个蜂窝用户i的频带上的传输功率￡<被确定为：
[0022]
[0023] 其中，μ指代水位值；Pf代表在区间[0, D1]上的投影A= min{Q ^ (a A-CoiVcoi Θ J以及碑=-1 ; α瀨代从蜂窝用户i到基站的归一化信道增益； β 4旨代从蜂窝用户i到D2D接收器的归一化信道增益；γ ^旨代在蜂窝用户i的频带上的、 从D2D发射器到D2D接收器的归一化信道增益；Θ i指代从D2D发射器到基站的归一化信道 增益T1是蜂窝用户i的功率预算；P i是蜂窝用户i的QoS阈值；以及Q 1是D2D对在蜂窝 用户i的频带上的传输功率。
[0024] 在本公开的另一个实施方式中，可以从蜂窝用户集合选择固定数目的蜂窝用户以 用于与D2D对进行资源共享。例如，可以允许D2D对与仅一个蜂窝用户共享资源。在这种 情况下，D2D对在被选择以用于与D2D对进行资源共享的蜂窝用户η的频带上的传输功率 Y和该蜂窝用户η的传输功率ρ分别可以确定为：
[0025]
[0026]
[0027] Di = min {Q 土，（ a Ji-ω ^ / ω J Θ J 和辦= 2*'' -1.:'.
[0028] 其中α馮代从蜂窝用户i到基站的归一化信道增益；β馮代从蜂窝用户i到D2D 接收器的归一化信道增益；γ 4旨代在蜂窝用户i的频带上的、从D2D发射器到D2D接收器 的归一化信道增益；Θ ^旨代在蜂窝用户i的频带上的、从D2D发射器到基站的归一化信道 增益A1指代D2D对在蜂窝用户i的频带上的传输功率；P i是蜂窝用户i的QoS阈值；Q指 代D2D对的功率预算以及P1是蜂窝用户i的功率预算。
[0029] 在本公开的另一个实施方式中，该方法可以响应于调度周期的期满而重新执行。
[0030] 根据本公开的第二方面，进一步提供了一种针对D2D通信与蜂窝通信进行资源共 享的装置。该装置可以包括：蜂窝用户集合确定模块，被配置为确定包含潜在蜂窝用户的蜂 窝用户集合，潜在蜂窝用户可与D2D对共享资源；以及传输功率确定模块，配置为通过在每 个潜在蜂窝用户的服务质量（QoS)约束和功率预算约束以及D2D对的传输功率约束的情况 下，使D2D对的吞吐量最大化，来确定D2D对在蜂窝用户集合中的至少一个蜂窝用户的频带 上的传输功率以及至少一个蜂窝用户的传输功率。
[0031] 根据本公开的第三方面，还提供了一种网络节点，其包括根据本公开第二方面的 装置。
[0032] 根据本公开的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上实现有计算机程 序代码，该计算机程序代码被配置为：在执行时、引起装置执行根据第一方面的任一实施方 式的方法中的动作。
[0033] 根据本公开的第五方面，提供了一种包括根据第四方面的计算机可读存储介质的 计算机程序产品。
[0034] 利用本公开的实施方式，可以提供一种非正交资源共享方案，其中D2D对可以在 保证所有蜂窝用户QoS的同时、尽可能多地复用蜂窝用户的资源，由此可以极大地改善D2D 用户的性能。
【附图说明】
[0035] 通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将 更加明显，本公开的附图中相同的标号表示相同或相似的部件。在附图中：
[0036] 图1示意性地示出了在上行链路资源共享的情况下在底层支撑蜂窝网络的D2D通 信的系统模型；
[0037] 图2示意性地示出了根据本公开的一个实施方式、针对D2D通信和蜂窝通信进行 资源共享的方法的流程图；
[0038] 图3示意性地示出了根据本公开的一个实施方式、用于确定D2D对和蜂窝用户传 输功率的流程图；
[0039] 图4示意性地示出了根据本公开的一个实施方式、用于计算D2D对和蜂窝用户的 最优功率分配的流程图；
[0040] 图5示意性地示出了根据本公开的另一个实施方式、用于确定D2D对和蜂窝用户 传输功率的流程图；
[0041] 图6示意性地示出了根据本公开的又一个实施方式、用于确定D2D对和蜂窝用户 传输功率的流程图；
[0042] 图7示意性地示出了根据本公开的一个实施方式、用于D2D通信和蜂窝通信进行 资源共享的装置框图；
[0043] 图8示意性地示出了根据本公开提供的最优方案、次优方案I和次优方案II以及 现有技术方案在不同信噪比（SNR)处的D2D用户平均吞吐量；
[0044] 图9示意性地示出了根据本公开提供的最优方案、次优方案I和次优方案II以及 现有技术方案在距BS不同距离处的D2