CN102123496B - 一种基于基站定位的d2d用户对复用蜂窝用户资源的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的技术方案应用于移动通信的蜂窝网络中，将端到端(Device‑to‑Device，D2D)技术应用于蜂窝网络，允许D2D用户对复用蜂窝网络用户的资源进行通信。本发明提出一种基于基站定位的方法来为D2D用户对选择复用资源的蜂窝用户，为每对D2D用户选择距离其最远的蜂窝用户来进行资源复用。本发明提出的方案简化了基站端选择蜂窝用户进行资源复用的算法的复杂度，并将复用资源的D2D用户对和蜂窝用户之间的干扰降到最低，从而提高了系统整体的频谱效率。而且这种方法具有很强的实际可操作性，在实际中易于实现、应用方式也比较灵活。

Description

一种基于基站定位的D2D用户对复用蜂窝用户资源的方法

技术领域

本发明是将端到端(Device-to-Device，D2D)技术应用于蜂窝网络，D2D 用户对复用蜂窝网络中用户的资源进行通信。或者是其它与在蜂窝网络中应用D2D技术有类似架构特性的通信网络。本发明提出了一种基于基站定位的D2D用户对复用蜂窝用户资源的方法，它可以有效简化存在D2D通信的蜂窝网络中资源复用算法的复杂度。并在保证蜂窝用户最低通信速率的条件下，提高系统整体(包括蜂窝通信和D2D通信)的频谱效率。本发明提出的方法具有很强的实际可操作性。

背景技术

端到端(Device-to-Device，D2D)通信是一种在蜂窝系统的控制下，允许终端之间通过复用小区内资源直接进行通信的新型技术。它具有提高系统频谱利用率、减少终端电池消耗从而节省移动台功率、减低蜂窝小区基站的负载、改善系统用户公平性、提高无线网络的QoS、巩固下层结构、提供新的服务等优点。且能在一定程度上解决无线通信系统频谱资源匮乏的问题。D2D通信在蜂窝网中是工作在许可频段，它相对于工作在非许可频带的其它技术(如蓝牙、WLAN等)具有很多优点。只有许可频段能够保证提供干扰可控、稳定的通信环境，而非许可频段提供的服务不稳定，这对服务质量要求高的业务或特定用户是很重要的。

在蜂窝架构下的D2D通信通过共享小区资源来达到系统整体性能的提升。若D2D通信分配到正交的信道资源时，它不会对原来的蜂窝网络中的通信形成干扰。若D2D通信被分配到非正交的信道资源时，D2D通信将会对蜂窝链路中的接收端造成干扰。在通信负载较小的网络中，可以为D2D通信分配多余的正交的资源，这样显然可以取得更好的网络总性能。但是，由于蜂窝网络中的资源有限，考虑到通信业务对频率带宽的要求越来越高，而采用非正交资源共享的方式可以使网络有更高的资源利用效率。这也是在蜂窝网络中应用D2D通信的主要目的。

在非正交资源共享模式下，基站可以有多种资源分配方式，它们最后能得到不同的性能增益和实现复杂度。例如其中实现最简单的方式，基站可以随机选择小区内的资源；此外，基站还可以尽量选择距离D2D用户对较远的蜂窝用户的资源来进行资源共享，这样保证它们之间干扰尽可能地小。目前，D2D通信可以通过下面三种模式来与蜂窝用户共享资源：

1.基站转接模式：D2D用户对通过蜂窝网络基站的转接来进行通信。在此模式下，D2D用户与蜂窝用户的通信方式一样。D2D通信独立占用一半的资源，另一半由蜂窝通信占用。所有的通信都分配以正交独立的信道资源，并以最大功率进行传输。这个模式就是传统的蜂窝通信模式。

2.正交资源共享模式：D2D通信与蜂窝通信平分资源，独立占用一半的信道资源直接进行端到端的通信，蜂窝用户占用另一半信道资源。此模式下，D2D通信与蜂窝通信之间不会产生干扰。

3.复用蜂窝用户的资源：D2D用户将与一个蜂窝用户复用其资源，相互之间会造成干扰。而蜂窝基站为D2D通信和蜂窝通信分配传输功率大小，协调相互之间的干扰。

D2D通信可以与蜂窝通信共享上行链路资源或下行链路资源。无论对于上行链路共享还是下行链路共享，基站都可以从以上三种资源共享方案中选择使系统总数据速率最大的方式。由于上行链路或下行链路共享时，干扰的来源和大小有所不同，所以在具体实施时需要在基站端考虑不同的干扰控制方法。

发明内容

在有D2D通信的蜂窝网络中，D2D用户对和蜂窝用户进行资源共享分配时，为了降低基站端资源共享方案和资源分配算法的复杂度，本发明提出一种基于基站定位的资源复用方法。这种方法能在执行资源共享时，极大地降低基站端的实现复杂度，并有效控制了D2D用户对与其复用资源的蜂窝用户之间的干扰。本发明的基本原理是：基站通过对其服务的用户进行定位，为D2D用户对选择距离最远的一个蜂窝用户的资源进行复用。

本发明主要针对的是蜂窝网络中，存在一个或多个D2D用户对，它们将通过共享蜂窝网络中的资源来完成通信。设系统中存在N个蜂窝用户U₁，U₂，...，U_N，M对D2D用户(D₁，D₂)，(D₃，D₄)，...，(D_2M-1，D_2M)，如果这些用户向基站反馈信道信息，则下面根据信道信息来执行D2D通信的资源分配，如果基站无法知道用户的信道信息，则通过其它方法来执行用户间的资源分配。本发明的具体步骤为：

步骤1：蜂窝用户和D2D用户向基站端反馈信道信息。也有可能只有蜂窝用户向基站端反馈信息，这和具体系统架构相关。

步骤2：基站通过定位算法确定D2D用户对和各蜂窝用户的位置。可以是通过全球定位系统(GlobalPosition System，GPS)或者普通的基站定位算法进行定位。

步骤3：基站先根据蜂窝用户反馈的信道信息采用传统的调度算法为它们分配资源。然后基站为每对D2D用户选择一个距离它最远的蜂窝用户作为其复用资源的对象。如下式所示，第i对D2D用户选择复用资源的蜂窝用户为：

S_i＝arg_j max{d_ij|j＝1，2，...，N}

其中d_ij是指第i对D2D用户与第j个蜂窝用户之间的距离。

对于负载较轻的网络，即资源有剩余的情况，D2D用户对可以分配与蜂窝用户正交的资源进行数据传输。在分配资源时，基站优先考虑为蜂窝用户分配最适合它们的资源，然后为D2D用户对之间的通信分配剩下的资源。这里需要注意的是：为了最大限度抑制干扰，在实际中可以设定如果一个蜂窝用户的资源已被一个D2D用户对复用，则它不能被其它的D2D用户对复用，即一个蜂窝用户的资源最多只能由一对D2D用户复用。

步骤4：基站根据选择的共享资源的蜂窝用户分配的资源，对D2D用户对和蜂窝用户进行功率分配。使用合适的功率控制方案可以进一步减小D2D用户对和监察用户之间的干扰。

最后D2D用户对和蜂窝用户分别利用分配到的资源和功率完成通信。

这种基于基站定位的D2D用户复用蜂窝用户资源的方法可以有效降低基站端选择共享资源的用户算法的复杂度，直接根据定位结果比较即可；并且这种方法可以有效降低D2D通信对蜂窝用户的干扰，从而提高系统总体数据速率和频谱效率。

附图说明

结合以下附图以及具体实例对发明所做的详细描述将便于理解本发明的原理、步骤、特点和优点，附图中：

图1是表示本发明的系统模型。

图2是表示本发明在实际网络中的一个具体实施方案。

具体实施方式

为便于理解，本发明以一个LTE-A系统下的D2D通信网络为例，来说明D2D技术应用于蜂窝网络，基站通过定位的方法来为D2D用户对确定共享资源的蜂窝网用户。假设系统有10MHz带宽，工作于2GHz。设系统中有10个蜂窝用户，分别为U₁，U₂，...，U₁₀；有两对D2D用户，(D₁，D₂)和(D₃，D₄)。这里的蜂窝用户数和D2D用户对数都可以是不同的。本发明对于所有具有这个示例中基本特征的网络结构模型都普遍适用。这些D2D用户可以在基站的协调下直接进行通信，且D2D用户对在通信时与宏蜂窝通信共享网络资源。

基站端为蜂窝用户和D2D用户对确定资源共享模式和资源分配的具体过程如下：

1.蜂窝用户和D2D用户向基站端反馈信道信息。也有可能只有蜂窝用户向基站端反馈信息，这和具体系统架构相关。

2.基站通过定位算法确定D2D 用户对和各蜂窝用户的位置。

3.基站先根据蜂窝用户反馈的信道信息采用传统的调度算法为它们分配资源。然后基站为每对D2D用户选择一个距离它最远的蜂窝用户作为其复用资源的对象。如附图2所示，(D₁，D₂)和(D₃，D₄)分别选择用户U₂和U₈来进行资源复用。

4.基站根据蜂窝用户和D2D用户对分配的资源，对D2D用户对和蜂窝用户进行功率分配。

最后D2D用户对和蜂窝用户分别利用分配到的资源和功率完成通信。

由此可见，本方案可以有效降低基站为D2D用户对选择合适的复用资源的蜂窝用户算法的复杂度，而且两者相距最远有效控制了相互之间产生的干扰。

综合以上讨论可以看出，本发明提出了将D2D技术应用于蜂窝网络时，通过基站对移动台的定位来为D2D用户对选择蜂窝用户来复用资源，本发明具有如下特点：

1.基站端为D2D用户对选择复用资源蜂窝用户的算法简单，在定位后只需要比较相互之间的距离即可。

2.这种选择方法可以有效抑制复用资源的D2D用户对和蜂窝用户之间的干扰，从而提高系统总体数据速率。

3.本发明提出的方法对具体的应用系统和协议规范不敏感，具备兼容性，即对任何与此发明中模型类似的系统均可以和用本发明提出的方法来进行数据传输和共享。

总之，本发明是一种全新高效的数据传输技术，其目的是提高系统频谱效率，增加D2D通信可靠性的同时减少资源复用算法的复杂度，从而提高移动通信系统的整体性能。

Claims (4)

1.一种资源复用的方法，其特征在于基于包括系统中的网络架构、通信设备、可用发射功率以及通信频段等通信资源，针对由各通信资源的不同划分和组合而构成的通信信道，将D2D技术应用于蜂窝网络中并根据基站对蜂窝用户和D2D用户的定位来为D2D用户对选择复用资源的蜂窝用户，其特征还包括：

步骤1：蜂窝用户和D2D用户向基站端反馈信道信息，或者只有蜂窝用户向基站端反馈信息，这和具体系统架构相关；

步骤2：基站通过定位算法确定D2D用户对和各蜂窝用户的位置，例如通过全球定位系统(Global Position System，GPS)或者普通的基站定位算法进行定位；

步骤3：在分配资源时，基站优先考虑为蜂窝用户分配最适合它们的资源，然后为D2D用户对之间的通信分配剩下的资源，比如基站先根据蜂窝用户反馈的信道信息采用传统的调度算法为它们分配资源，然后基站为每对D2D用户选择一个距离它最远的蜂窝用户作为其复用资源的对象，如下式所示，第i对D2D用户选择复用资源的蜂窝用户为：

S_i＝arg_j max{d_ij|j＝1，2，...，N}

其中d_ij是指第i对D2D用户与第j个蜂窝用户之间的距离；

对于负载较轻的网络，即资源有剩余的情况，D2D用户对可以分配与蜂窝用户正交的资源进行数据传输，在分配资源时，基站优先考虑为蜂窝用户分配最适合它们的资源，然后为D2D用户对之间的通信分配剩下的资源;这里需要注意的是：为了最大限度抑制干扰，在实际中可以设定如果一个蜂窝用户的资源已被一个D2D用户对复用，则它不能被其它的D2D用户对复用，即一个蜂窝用户的资源最多只能由一对D2D用户复用；

步骤4：基站根据选择的共享资源的蜂窝用户分配的资源，对D2D用户对和蜂窝用户进行功率分配，使用合适的功率控制方案可以进一步减小D2D用户对和蜂窝用户之间的干扰；

最后D2D用户对和蜂窝用户分别利用分配到的资源和功率完成通信。

2.如权利要求1所述的资源复用的方法，包括应用于本发明的网络架构的定位方法和相应位置数据的存储，例如是通过全球定位系统(Global Position System，GPS)或者普通的基站定位算法进行定位，其特征在于将D2D用户对和蜂窝用户的位置信息用于确定D2D的资源复用。

3.如权利要求1所述的资源复用的方法，其特征在于，基站先根据蜂窝用户反馈的信道信息采用传统的调度算法为它们分配资源，然后基站根据D2D用户和蜂窝用户的位置信息为每对D2D用户选择其复用资源的对象，例如距离它最远的蜂窝用户作为其复用资源的对象，包括选择的思想、算法和步骤。

4.如权利要求1所述的资源复用的方法，其特征在于基站根据蜂窝用户的资源分配和为D2D用户对选择的资源复用方案，对D2D用户对和蜂窝用户进行功率分配，包括应用于本发明的网络架构的功率分配的思想、算法和步骤。