CN108347714A - 一种利用软件无线电平台实现d2d通信的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用软件无线电平台实现D2D通信的方法，包括蜂窝终端、基站、D2D发送端和D2D接收端；蜂窝终端连接基站，基站发送控制指令给D2D发送端，D2D发送端和D2D接收端建立D2D连接；本发明显著提升蜂窝网络的系统吞吐量。相比于仅有蜂窝系统的网络，本方法的网络吞吐量提高30％以上；本发明的蜂窝网络的抗干扰能力强，D2D通信干扰相对可控。蜂窝网络采用TCP协议传输，D2D网络采用UDP协议传输。保证了蜂窝网络较强的抗干扰能力。

Description

一种利用软件无线电平台实现D2D通信的方法
技术领域
本发明属于D2D通信技术领域，特别涉及一种利用软件无线电平台实现D2D通信的方法。
背景技术
随着无线通信技术的飞速发展，移动通信系统为人们提供了各种各样的语音数据业务。社交网络、本地广告等应用大量出现带来移动业务的爆炸性增长，导致海量数据需要处理。这一现状已经成为当前无线通信领域的一个显著特征。在这种情况下，现有蜂窝通信网络的频谱资源紧缺、网络吞吐量受限的问题日益突显。传统的蜂窝通信方案如协作多点传输、超微蜂窝等技术对网络吞吐量的提升十分有限，同时也会对宏蜂窝造成一定的全局性干扰。
D2D通信能够提高蜂窝通信系统的频谱利用效率，降低终端的发射功率，可以在对原有蜂窝通信干扰较小的情况下，有效缓解现有无线通信系统中频谱资源匮乏等问题，是近几年无线通信领域的重要研究课题。在D2D通信技术中，具备D2D功能的终端可以使用终端直通模式进行数据传输，同时其他普通终端用户使用蜂窝模式进行通信。通过这种方式可以形成终端自组织的网络，在蜂窝网络存在的同时引入异构网络与之并存。如果将 D2D技术与无线中继研究相结合，可以拓展无线中继的应用场景，有效改善网络结构、提升覆盖性能，有效提高系统的总体性能与服务质量。
目前D2D技术已经和LTE-Advanced相融合。其中涉及的D2D终端的设备发现与连接、干扰协调与功率控制、无线资源分配和其他特定的业务需求已经在广泛的讨论研究中。D2D通信在5G网络主要场景(连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接、低时延高可靠)中都起到重要作用。可以预见，在2020年5G商用时，D2D通信技术将带给用户前所未有的体验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用软件无线电平台实现D2D通信的方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用软件无线电平台实现D2D通信的方法，该方法基于D2D通信系统，该系统包括蜂窝终端、基站、D2D发送端和D2D接收端；蜂窝终端连接基站，基站发送控制指令给D2D发送端，D2D发送端和D2D接收端建立D2D连接；
具体包括以下步骤：
步骤一，在蜂窝终端、基站和D2D终端开始工作前，分别对蜂窝终端、基站和D2D 终端的射频参数进行配置；射频参数包括发射频率、接收频率、发射功率和接收增益；
步骤二，控制D2D发射端向D2D接收端发送D2D-RTS指令；通过该指令，D2D发射端请求D2D接收端建立D2D链路连接；当D2D接收端接收到D2D-RTS指令时D2D 链路连接建立完成；D2D发射端等待基站发送控制传输指令；
步骤三，控制蜂窝终端向基站发送RTS指令；通过该指令，蜂窝终端请求基站建立蜂窝链路连接；当基站接收到RTS指令时，向蜂窝终端发送CTS指令，同意蜂窝链路连接；蜂窝终端接收到CTS指令后，蜂窝链路连接建立完成。
步骤四，当蜂窝链路和D2D链路均成功连接后，开始进行数据传输；数据传输包括如下步骤：
步骤1：蜂窝终端采用TCP协议向基站发送蜂窝数据包；
步骤2：基站接收该蜂窝数据包；同时，基站根据上传的错误传输块个数计算当前误块率，并计算该时段的蜂窝传输速率；同时判断蜂窝数据包是否发送完毕，当蜂窝数据包未发送完毕，持续接收蜂窝数据包；
步骤3：基站根据计算得到的蜂窝传输速率，与设置的门限速率比较，判断当前时段的D2D干扰大小，根据干扰大小向外广播D2D控制指令；当D2D干扰较大时，指令禁止D2D终端进行数据传输；当D2D干扰较小，蜂窝链路通信良好时，指令允许D2D终端进行数据传输；
步骤4：当D2D发射端接收到基站控制信息时，根据控制信息进行对应操作；当基站允许D2D传输，D2D发射端将D2D数据包采用喷泉码编码算法编码，并将该编码包以UDP协议的方式向D2D接收端发出；否则，D2D发射端不发送数据。
步骤5：当D2D接收端接收到D2D发射端发来的编码包后，存储该编码包；判断 D2D编码包是否发送完毕，当D2D编码包未发送完毕，持续接收蜂窝数据包；当D2D 编码包发送完毕，结束D2D传输，根据接收到的编码包进行译码，恢复D2D数据包。
进一步的，蜂窝终端包含射频配置模块、蜂窝指令发送模块、蜂窝指令接收模块和蜂窝数据发送模块；射频配置模块对蜂窝终端的射频参数进行配置；蜂窝指令发送模块用于向基站发送RTS指令；蜂窝指令接收模块用于接收CTS指令；蜂窝数据发送模块对蜂窝用户待传输数据进行分割封包，通过虚拟网卡将数据传输至软件无线电平台发出。
进一步的，基站包含射频配置模块、基站指令发送模块、基站指令接收模块、蜂窝数据接收模块、误块率接收模块和D2D指令发送模块；射频配置模块对基站的射频参数进行配置；基站指令发送模块用于发送CTS指令；基站指令接收模块用于接收RTS指令；蜂窝数据接收模块对软件无线电平台接收的数据解包，并上传至基站PC端；误块率接收模块用于接收软件无线电平台计算的误块率；D2D指令发送模块根据当前蜂窝通信速率大小，向D2D发送端发送不同的D2D控制指令：当通信速率高于设定门限值时，发送允许D2D传输的指令；当通信速率低于设定门限值时，发送禁止D2D传输的指令。
进一步的，D2D发送端包含射频配置模块、D2D指令发送模块、D2D数据发送模块和基站指令接收模块；射频配置模块对D2D发送端的射频参数进行配置；D2D指令发送模块用于发送D2D-RTS指令；D2D数据发送模块对D2D发送端要传输的数据进行分割封包，并进行喷泉码编码，通过虚拟网卡将编码包传输至软件无线电平台发出；基站指令接收模块负责接收基站不同控制指令。
进一步的，D2D接收端包含射频配置模块、D2D指令接收模块和D2D数据接收模块；射频配置模块对D2D接收端的射频参数进行配置；D2D指令接收模块用于接收D2D 发送端的D2D-RTS指令；D2D数据接收模块对软件无线电平台接收的D2D编码包解包，并上传至D2DPC端；接收完毕后，在D2DPC端进行喷泉码译码，恢复文件。
与现有技术相比本发明有以下技术效果：
本发明显著提升蜂窝网络的系统吞吐量。相比于仅有蜂窝系统的网络，本方法的网络吞吐量提高30％以上；
本发明的蜂窝网络的抗干扰能力强，D2D通信干扰相对可控。蜂窝网络采用TCP协议传输，D2D网络采用UDP协议传输。保证了蜂窝网络较强的抗干扰能力；
本发明降低系统能耗。蜂窝终端和D2D终端使用较低的功率进行数据传输，有效降低了网络的系统能耗。
附图说明
图1为蜂窝和D2D混合网络干扰模型图；
图2为D2D复用蜂窝资源信令交互流程的时序图；
图3为蜂窝用户工作流程图；
图4为基站工作流程图；
图5为D2D发射端工作流程图；
图6为D2D接收端工作流程图；
图7为混合网络吞吐量增益图；
具体实施方式
以下结合附图，对本发明进一步说明：
一种利用软件无线电平台实现D2D通信的方法，该方法基于D2D通信系统，该系统包括蜂窝终端、基站、D2D发送端和D2D接收端；蜂窝终端连接基站，基站发送控制指令给D2D发送端，D2D发送端和D2D接收端建立D2D连接；
具体包括以下步骤：
步骤一，在蜂窝终端、基站和D2D终端开始工作前，分别对蜂窝终端、基站和D2D 终端的射频参数进行配置；射频参数包括发射频率、接收频率、发射功率和接收增益；
步骤二，控制D2D发射端向D2D接收端发送D2D-RTS指令；通过该指令，D2D 发射端请求D2D接收端建立D2D链路连接；当D2D接收端接收到D2D-RTS指令时D2D 链路连接建立完成；D2D发射端等待基站发送控制传输指令；
步骤三，控制蜂窝终端向基站发送RTS指令；通过该指令，蜂窝终端请求基站建立蜂窝链路连接；当基站接收到RTS指令时，向蜂窝终端发送CTS指令，同意蜂窝链路连接；蜂窝终端接收到CTS指令后，蜂窝链路连接建立完成。
步骤四，当蜂窝链路和D2D链路均成功连接后，开始进行数据传输；数据传输包括如下步骤：
步骤1：蜂窝终端采用TCP协议向基站发送蜂窝数据包；
步骤2：基站接收该蜂窝数据包；同时，基站根据上传的错误传输块个数计算当前误块率，并计算该时段的蜂窝传输速率；同时判断蜂窝数据包是否发送完毕，当蜂窝数据包未发送完毕，持续接收蜂窝数据包；
步骤3：基站根据计算得到的蜂窝传输速率，与设置的门限速率比较，判断当前时段的D2D干扰大小，根据干扰大小向外广播D2D控制指令；当D2D干扰较大时，指令禁止D2D终端进行数据传输；当D2D干扰较小，蜂窝链路通信良好时，指令允许D2D 终端进行数据传输；
步骤4：当D2D发射端接收到基站控制信息时，根据控制信息进行对应操作；当基站允许D2D传输，D2D发射端将D2D数据包采用喷泉码编码算法编码，并将该编码包以UDP协议的方式向D2D接收端发出；否则，D2D发射端不发送数据。
步骤5：当D2D接收端接收到D2D发射端发来的编码包后，存储该编码包；判断 D2D编码包是否发送完毕，当D2D编码包未发送完毕，持续接收蜂窝数据包；当D2D 编码包发送完毕，结束D2D传输，根据接收到的编码包进行译码，恢复D2D数据包。
蜂窝终端包含射频配置模块、蜂窝指令发送模块、蜂窝指令接收模块和蜂窝数据发送模块；射频配置模块对蜂窝终端的射频参数进行配置；蜂窝指令发送模块用于向基站发送RTS指令；蜂窝指令接收模块用于接收CTS指令；蜂窝数据发送模块对蜂窝用户待传输数据进行分割封包，通过虚拟网卡将数据传输至软件无线电平台发出。
基站包含射频配置模块、基站指令发送模块、基站指令接收模块、蜂窝数据接收模块、误块率接收模块和D2D指令发送模块；射频配置模块对基站的射频参数进行配置；基站指令发送模块用于发送CTS指令；基站指令接收模块用于接收RTS指令；蜂窝数据接收模块对软件无线电平台接收的数据解包，并上传至基站PC端；误块率接收模块用于接收软件无线电平台计算的误块率；D2D指令发送模块根据当前蜂窝通信速率大小，向D2D发送端发送不同的D2D控制指令：当通信速率高于设定门限值时，发送允许D2D 传输的指令；当通信速率低于设定门限值时，发送禁止D2D传输的指令。
D2D发送端包含射频配置模块、D2D指令发送模块、D2D数据发送模块和基站指令接收模块；射频配置模块对D2D发送端的射频参数进行配置；D2D指令发送模块用于发送D2D-RTS指令；D2D数据发送模块对D2D发送端要传输的数据进行分割封包，并进行喷泉码编码，通过虚拟网卡将编码包传输至软件无线电平台发出；基站指令接收模块负责接收基站不同控制指令。
D2D接收端包含射频配置模块、D2D指令接收模块和D2D数据接收模块；射频配置模块对D2D接收端的射频参数进行配置；D2D指令接收模块用于接收D2D发送端的 D2D-RTS指令；D2D数据接收模块对软件无线电平台接收的D2D编码包解包，并上传至 D2DPC端；接收完毕后，在D2DPC端进行喷泉码译码，恢复文件。
通过图1可以看到，当同时存在蜂窝网络和D2D网络且D2D网络复用蜂窝上行频谱资源时，蜂窝终端发射会对D2D终端接收造成干扰，D2D发射端发射会对造成干扰。
通过图2可以看到，从发射端PC输入的数据，需要在软件无线电平台进行CRC编码、信道编码、调制、插入导频、添加同步头，最后经过数字上变频，从发射天线输出。
通过图3可以看到，接收天线收到的信号，经过数字下变频送入基带，进行时频同步、均衡、解调、信道解码、CRC校验等操作，恢复成数据，送入接收端PC。
通过图4可以看到蜂窝网络和D2D网络组成的混合异构网络工作的时序图。
通过图3-图6可以分别看到蜂窝终端、基站、D2D发射端和D2D接收端的完整工作流程。
通过图7可以看到，在仅有蜂窝系统的情况下，蜂窝网络没有干扰，网络吞吐量稳定；在蜂窝系统和D2D系统的异构网络中，近场干扰场景下，蜂窝网络和D2D网络之间会造成强干扰，此时两个网络均无法通信。在远场干扰场景下，蜂窝网络和D2D网络之间干扰较小，蜂窝网络和D2D网络均能实现通信，混合异构网络吞吐量获得极大提升，相比较于仅有蜂窝系统的网络，异构网络吞吐量提升在30％以上。
因此综上可知，本发明提出的D2D通信方法能有效缓解当前无线通信出现的频谱资源紧张、系统能耗大的问题。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (5)

1.一种利用软件无线电平台实现D2D通信的方法，其特征在于，该方法基于D2D通信系统，该系统包括蜂窝终端、基站、D2D发送端和D2D接收端；蜂窝终端连接基站，基站发送控制指令给D2D发送端，D2D发送端和D2D接收端建立D2D连接；
该方法具体包括以下步骤：
步骤一，在蜂窝终端、基站和D2D终端开始工作前，分别对蜂窝终端、基站和D2D终端的射频参数进行配置；射频参数包括发射频率、接收频率、发射功率和接收增益；
步骤二，控制D2D发射端向D2D接收端发送D2D-RTS指令；通过该指令，D2D发射端请求D2D接收端建立D2D链路连接；当D2D接收端接收到D2D-RTS指令时D2D链路连接建立完成；D2D发射端等待基站发送控制传输指令；
步骤三，控制蜂窝终端向基站发送RTS指令；通过该指令，蜂窝终端请求基站建立蜂窝链路连接；当基站接收到RTS指令时，向蜂窝终端发送CTS指令，同意蜂窝链路连接；蜂窝终端接收到CTS指令后，蜂窝链路连接建立完成；
步骤四，当蜂窝链路和D2D链路均成功连接后，开始进行数据传输；数据传输包括如下步骤：
步骤1：蜂窝终端采用TCP协议向基站发送蜂窝数据包；
步骤2：基站接收该蜂窝数据包；同时，基站根据上传的错误传输块个数计算当前误块率，并计算该时段的蜂窝传输速率；同时判断蜂窝数据包是否发送完毕，当蜂窝数据包未发送完毕，持续接收蜂窝数据包；
步骤3：基站根据计算得到的蜂窝传输速率，与设置的门限速率比较，判断当前时段的D2D干扰大小，根据干扰大小向外广播D2D控制指令；当D2D干扰较大时，指令禁止D2D终端进行数据传输；当D2D干扰较小，蜂窝链路通信良好时，指令允许D2D终端进行数据传输；
步骤4：当D2D发射端接收到基站控制信息时，根据控制信息进行对应操作；当基站允许D2D传输，D2D发射端将D2D数据包采用喷泉码编码算法编码，并将该编码包以UDP协议的方式向D2D接收端发出；否则，D2D发射端不发送数据；
步骤5：当D2D接收端接收到D2D发射端发来的编码包后，存储该编码包；判断D2D编码包是否发送完毕，当D2D编码包未发送完毕时，持续接收D2D编码包；当D2D编码包发送完毕，结束D2D传输，根据接收到的编码包进行译码，恢复D2D数据包。
2.根据权利要求1所述的一种利用软件无线电平台实现D2D通信的方法，其特征在于，蜂窝终端包含射频配置模块、蜂窝指令发送模块、蜂窝指令接收模块和蜂窝数据发送模块；射频配置模块对蜂窝终端的射频参数进行配置；蜂窝指令发送模块用于向基站发送RTS指令；蜂窝指令接收模块用于接收CTS指令；蜂窝数据发送模块对蜂窝用户待传输数据进行分割封包，通过虚拟网卡将数据传输至软件无线电平台发出。
3.根据权利要求1所述的一种利用软件无线电平台实现D2D通信的方法，其特征在于，基站包含射频配置模块、基站指令发送模块、基站指令接收模块、蜂窝数据接收模块、误块率接收模块和D2D指令发送模块；射频配置模块对基站的射频参数进行配置；基站指令发送模块用于发送CTS指令；基站指令接收模块用于接收RTS指令；蜂窝数据接收模块对软件无线电平台接收的数据解包，并上传至基站PC端；误块率接收模块用于接收软件无线电平台计算的误块率；D2D指令发送模块根据当前蜂窝通信速率大小，向D2D发送端发送不同的D2D控制指令：当通信速率高于设定门限值时，发送允许D2D传输的指令；当通信速率低于设定门限值时，发送禁止D2D传输的指令。
4.根据权利要求1所述的一种利用软件无线电平台实现D2D通信的方法，其特征在于，D2D发送端包含射频配置模块、D2D指令发送模块、D2D数据发送模块和基站指令接收模块；射频配置模块对D2D发送端的射频参数进行配置；D2D指令发送模块用于发送D2D-RTS指令；D2D数据发送模块对D2D发送端PC要传输的数据进行分割封包，并进行喷泉码编码，通过虚拟网卡将编码包传输至软件无线电平台发出；基站指令接收模块负责接收基站不同控制指令。
5.根据权利要求1所述的一种利用软件无线电平台实现D2D通信的方法，其特征在于，D2D接收端包含射频配置模块、D2D指令接收模块和D2D数据接收模块；射频配置模块对D2D接收端的射频参数进行配置；D2D指令接收模块用于接收D2D发送端的D2D-RTS指令；D2D数据接收模块对软件无线电平台接收的D2D编码包解包，并上传至D2D接收端PC；接收完毕后，在D2D接收端PC进行喷泉码译码，恢复文件。
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