CN102883451A - 终端直通技术共享系统上行资源的跨层设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种终端直通技术共享系统上行资源的跨层设计方法，该方法提出了联合基站和D2D通信端物理层、链路层以及网络层对频率、时间、空间和功率资源进行联合调度和优化分配的方法；该方法包括：为了不中断传统蜂窝用户链路的正常通信，获得端到端D2D直通技术带来的有效增益，允许D2D用户在共享蜂窝系统上行链路资源时采用同时协调D2D用户端对基站的干扰以及蜂窝用户对D2D干扰的方式，通过链路自适应的手段对资源进行跨层的资源分配方式；其跨层设计方法具体应用于以下的三种场景：1）小区内单个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景，2）针对小区内多个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景，3）针对小区间单个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景。

Description

终端直通技术共享系统上行资源的跨层设计方法

技术领域

本发明是针对终端直通（D2D）技术共享蜂窝系统上行资源场景，提出的联合物理层、链路层以及网络层对频率、时间、空间和功率资源进行联合调度和优化分配的方法。

背景技术

为了克服IMT-Advanced系统中随着无线多媒体业务发展带来的以基站为中心的小区业务提供模式在适应本地业务发展方面的局限性，现引入终端直通（D2D）技术以改善网络结构、增强覆盖、提高系统容量。

蜂窝移动通信系统中引入D2D技术，将形成蜂窝通信和D2D通信共存情况，D2D终端除了作为一种通信模式外，为了扩展覆盖范围，提升系统容量，D2D终端也作为移动中继节点使用。

虽然引入D2D终端可以为传统蜂窝系统带来额外增益，但是也使得干扰更加复杂。现有的干扰协调技术不再适用。如何设计有效的干扰协调和资源分配方案及算法，保证传统蜂窝系统引入D2D终端后的系统可靠性和性能，提升系统容量并改善网络覆盖，便成为D2D领域研究的热点。

基于以上背景，本发明提出D2D终端在IMT-Advanced系统中与蜂窝用户共享上行资源的跨层资源分配和调度方法及算法，在有效进行干扰协调和抑制的前提下，提高系统上行资源的利用率和系统的覆盖范围。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种终端直通技术共享系统上行资源的跨层设计方法，是一种D2D终端在IMT-Advanced系统中与蜂窝用户复用蜂窝系统上行资源的跨层资源分配和调度的方法，考虑的系统模型包括小区内和小区间两种应用场景。在无线蜂窝网络系统中以自组织形式存在的短距离终端直通技术（D2D）用户对与蜂窝网络用户以underlay方式共存并共同使用相同的上行无线资源（包括频道、时隙、功率、空间），针对干扰协调和抑制问题对这些资源的分配和调度展开讨论。

技术方案：在本发明中，分别考虑了小区内和小区间用户场景，找到不同应用场景下的共性特征，并兼顾不同应用场景的个性因素。针对D2D与蜂窝共存系统的特点，克服已有资源分配方案中的不足，提供根据资源的跨层优化分配和调度方法。

本发明考虑的系统模型包括两种场景，即，场景A：小区内D2D通信与蜂窝用户复用上行资源场景和场景B：小区间D2D通信与蜂窝用户复用上行资源场景。相关建模和设计方案讨论以最大化接近工程应用需求为标准，体现成果的实用价值和普适性。

首先，这里定义的术语定义如下：

BS：基站

D2D：端到端

CU1：蜂窝用户

DUE1：单个D2D通信对的发送端

DUE2：单个D2D通信对的接收端

SINR：信干燥比

CM：编码调制方式

LA：链路自适应

M：在D2D链路层备选的CM方案数目

D2D通信对中的发送端与接收端两者的距离

蜂窝用户CU1到基站（BS或eNB）的距离

CU1到DUE2的距离

DUE2到BS的距离

D2D发送端到BS无线信道的衰落系数

CU1与BS之间的无线信道衰落系数

CU1与DUE2之间的无线信道衰落系数

DUE1与DUE2通信的无线信道衰落系数

P_C：CU1的发送功率

P_D：DUE1的发送功率

N_O：加性白高斯噪声功率

α：路径损耗因子

小区间单个D2D通信对接收端处的信干燥比

CU1对DUE2的干扰

存在多个D2D终端时，在BS处会产生累积干扰

N_D：复用同一个上行资源的D2D发送端的数目

i:多个D2D通信对场景下的多个设备端的任意一个

l：多个D2D通信对场景下的多个设备端的任意一个

j：M种编码调制方式中的任意一种

P_D,i：多个D2D通信对场景下第i个D2D发送端的发送功率

P_D,l：多个D2D通信对场景下第1个D2D发送端的发送功率

多个D2D通信对场景下第N_D个D2D发送端的发送功率

多个D2D通信对场景下第i个D2D发送端到BS的距离

D2D接收端接收D2D通信信号的SINR值

D2D接收端能够正确接收D2D通信信号的SINR的门限值

第j种编码调制方式对应的SINR门限值

BS正确检测出CU1终端发送来的信号的SINR门限值

BS端检测出的CU1终端发送来的信号的SINR值

多个D2D通信对场景下CU1到第i个D2D接收端之间无线通信信道的衰落因子

多个D2D通信对场景下CU1到第1个D2D接收端之间无线通信信道的衰落因子

多个D2D通信对场景下CU1到第1个D2D接收端之间无线通信信道的衰落因子

多个D2D通信对场景下CU1到第N_D个D2D接收端之间无线通信信道的衰落因子

多个D2D通信对场景下第i个D2D对之间无线通信信道的衰落因子

多个D2D通信对场景下第1个D2D对之间无线通信信道的衰落因子

多个D2D通信对场景下第1个D2D对之间无线通信信道的衰落因子

多个D2D通信对场景下第N_D个D2D对之间无线通信信道的衰落因子

多个D2D通信对场景下第i个D2D对之间的距离

多个D2D通信对场景下第1个D2D对之间的距离

多个D2D通信对场景下第1个D2D对之间的距离

多个D2D通信对场景下第N_D个D2D对之间的距离

多个D2D通信对场景下第i个D2D发送端与BS之间无线通信信道的衰落因子

多个D2D通信对场景下CU1到第i个D2D接收端的通信距离

多个D2D通信对场景下CU1到第1个D2D接收端的通信距离

多个D2D通信对场景下CU1到第1个D2D接收端的通信距离

多个D2D通信对场景下CU1到第N_D个D2D接收端的通信距离

多个D2D通信对场景下第i个D2D发送端采用第j个CM方式时对应的SINR门限值

多个D2D通信对场景下第1个D2D发送端采用第j个CM方式时对应的SINR门限值

多个D2D通信对场景下第1个D2D发送端采用第j个CM方式时对应的SINR门限值

多个D2D通信对场景下第N_D个D2D发送端采用第j个CM方式时对应的SINR门限值

i′：构成累积干扰的D2D用户端中删除使累积干扰变小的那个D2D用户通信对

N′_D：在删除一个或者若干个i′后剩下的D2D通信对的个数

本小区蜂窝用户CU1到达邻小区D2D接收端的无线通信信道衰落系数

邻小区D2D通信对之间无线通信信道衰落系数

本小区蜂窝用户CU1到达BS的无线通信信道衰落系数

邻小区D2D发送端到达BS的无线通信信道衰落系数

本小区蜂窝用户CU1到达邻小区D2D接收端的距离

邻小区D2D通信对之间的距离

本小区蜂窝用户CU1到达BS的距离

邻小区D2D发送端到达BS的距离

P_DA：邻小区D2D发送端的发送功率

邻小区D2D接收端采用第j个CM方式时能够正确接收D2D通信信号的SINR的门限值

argmin:寻找使目标函数取得最小的那个值

场景A：当D2D通信复用小区内蜂窝系统的上行资源时，蜂窝用户（CU）会对D2D接收机造成干扰。假设D2D通信对中的发送端为DUE1，接收端为DUE2，两者的距离为

DUE1发送信号至DUE2。蜂窝用户CU1到基站（BS或eNB）的距离为

发送信号至BS。CU1到DUE2的距离为

DUE1到达BS的距离为

D2D发送端到BS无线信道衰落系数为

CU1与DUE2之间的无线信道衰落系数为

P_C为CU1的发送功率，DUE1与DUE2通信的无线信道衰落系数为

P_D为DUE1的发送功率，N₀为加性白高斯噪声功率，α为路径损耗因子。

此时，在DUE2处的信干燥比（SINR）为

${\mathrm{\γ}}_{D_R}=\frac{{\left|h_{D_{T}2D_R}\right|}^2{P}_D{d}_{D_{T}2D_R}^{-\mathrm{\α}}}{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}\right|}^2{P}_C{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}^{-\mathrm{\α}}+N_0}$

其中，CU1对DUE2的干扰为

$I_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}={\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}\right|}^2{P}_C{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}^{-\mathrm{\α}}$

由此可见，干扰决定于蜂窝用户发送功率以及D2D接收端与CU的距离两个主要参数。

同时，在该场景下还存在D2D用户发送端DUE1对BS的干扰。如果存在多个D2D终端，在BS处会产生累积干扰，其干扰表达式为

$I_{D_{T}2\mathrm{BS}}=\underset{i=1}{\overset{N_D}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}\right|}^2{P}_{D_{T,i}}{d}_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}$

其中，N_D为复用同一个上行资源的D2D发送端的数目，N_D=1表示只存在一对D2D通信对的场景。P_D，i为第i个D2D发送端的发送功率，

为第i个D2D发送端到BS的距离。由此可见，该干扰取决于D2D发送端功率、D2D发送端到BS距离、D2D发送端数目以及累积干扰特性四个主要参数。

干扰决定了D2D接收端和BS接收信号的SINR特性，跨层设计方案的思想就是根据基站处和D2D接收端的SINR特性在物理层、链路层和网络层之间对频率、功率、时间、空间资源进行联合调度和优化分配。首先，D2D接收端能够正确接收D2D通信信号的SINR值必须满足以下条件

${\mathrm{\γ}}_{D_{T}2D_R}\≥{\mathrm{\γ}}_{D_{T}2D_R\mathrm{th}}$

式中，

表示D2D接收端能够正确接收D2D通信信号的SINR的门限值。当

时通信会发生中断。从链路自适应（LA）的角度而言，不同的编码调试方式（CM）对应不同的门限值，即第j中CM方式对应的门限值为

同样地，在BS端想成功地从众多接收信号中正确检测出特定终端CU1发送来的信号，也存在以下的关系式

${\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}\≥{\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BSth}}$

式中

表示BS正确检测出特定CU终端发送来的信号的SINR门限值。由以上的分析可以得到下面的关系式

$\left\{\begin{array}{c}\frac{P_D{\left|h_{D_{T}2D_R}\right|}^2{d}_{D_{T}2D_R}^{-\mathrm{\α}}}{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}^{-\mathrm{\α}}{P}_C+N_0}\≥{\mathrm{\γ}}_{D_{T}2D_R\mathrm{th},j}\\ \frac{P_C{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\left|h_{D_{T}2\mathrm{BS}}\right|}^2{d}_{D_{T}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}{P}_D+N_0}\≥{\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BSth}}\end{array}\right.$

上式可以近似为

$\left\{\begin{array}{c}\frac{P_D{\left|h_{D_{T}2D_R}\right|}^2{d}_{D_{T}2D_R}^{-\mathrm{\α}}}{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}^{-\mathrm{\α}}{P}_C}\≥{\mathrm{\γ}}_{D_{T}2D_R\mathrm{th},j}\\ \frac{P_C{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\left|h_{D_{T}2\mathrm{BS}}\right|}^2{d}_{D_{T}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}{P}_D}\≥{\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BSth}}\end{array}\right.$

由此联合求解可以得到以下关系式

$d_{D_{T}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}^{-\mathrm{\α}}\≤\frac{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}\right|}^2{\left|h_{D_{T}2D_R}\right|}^2}{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}\right|}^2{\left|h_{D_{T}2\mathrm{BS}}\right|}^2}\·\frac{d_{D_{T}2D_R}^{-\mathrm{\α}}{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\γ}}_{D_{T}2D_R\mathrm{th},j}{\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BSth}}}$

功率关系表示式为

$\frac{d_{D_{T}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}{\left|h_{D_{T}2\mathrm{BS}}\right|}^2{\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BSth}}}{d_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}\right|}^2}\≤\frac{P_C}{P_D}\≤\frac{d_{D_{T}2D_R}^{-\mathrm{\α}}{\left|h_{D_{T}2D_R}\right|}^2}{d_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}^{-\mathrm{\α}}{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}\right|}^2{\mathrm{\γ}}_{D_{T}2D_R\mathrm{th},j}}$

存在多个D2D通信对的情况下，有

$\left\{\begin{array}{c}\frac{P_C{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{\underset{i=1}{\overset{N_D}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}\right|}^2{d}_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}{P}_{D,i}}\≥{\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BSth}}\\ \frac{P_{D,1}{\left|h_{D_{T,1}2D_{R,1}}\right|}^2{d}_{D_{T,1}2D_{R,1}}^{-\mathrm{\α}}}{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,1}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,1}{P}_C}^{-\mathrm{\α}}}\≥{\mathrm{\γ}}_{D_{T,1}2D_{R,1}\mathrm{th},j_1}\\ .\\ .\\ .\\ \frac{P_{D,N_D}{\left|h_{D_{T,N_D{2D}_{R,N_D}}}\right|}^2{d}_{D_{T,N_{D}2D_{R,N_D}}}^{-\mathrm{\α}}}{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,N_D}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,N_D}}^{-\mathrm{\α}}{P}_C}\≥{\mathrm{\γ}}_{D_{T,N_D}2D_{R,N_D}\mathrm{th},j_{N_D}}\end{array}\right.$

其中，P_D,i, $h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,i}},h_{D_{T,i}2D_{R,i}},h_{D_{T,i}2\mathrm{BS}},d_{D_{T,i}2D_{R,i}},{\mathrm{\γ}}_{D_{T,i}2D_{R,i}\mathrm{th},j_i},$ i=1,…,N_D分别表示第i个D2D发送端的发送功率，第i个D2D接收端与CU1之间无线通信信道的衰落因子，第i个D2D对之间无线通信信道的衰落因子，第i个D2D发送端与BS之间无线通信信道的衰落因子，第i个D2D对之间无线通信距离，第i个D2D发送端采用第j个CM方式时对应的SINR门限值。

由公式（10）可以得到

$\frac{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BSth}}}\≥\underset{i=1}{\overset{N_D}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left|h_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}\right|}^2{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,i}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,i}}^{-\mathrm{\α}}{d}_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\left|h_{D_{T,i}2D_{R,i}}\right|}^2{d}_{D_{T,i}2D_{R,i}}^{-\mathrm{\α}}}{\mathrm{\γ}}_{D_{T,i}2D_{R,i}\mathrm{th},j_i}$

不等式右边项的值越小越好，因此当出现累积干扰的情况，为满足公式（11）的条件，需要在构成累积干扰的D2D用户端中删除使累积干扰最小的D2D用户通信对i′，即

$i^{\′}=\underset{i^{\′}}{\arg \min }\underset{i=1,i\≠i^{\′}}{\overset{N_D}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left|h_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}\right|}^2{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,i}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,i}}^{-\mathrm{\α}}{d}_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\left|h_{D_{T,i}2D_{R,i}}\right|}^2{d}_{D_{T,i}2D_{R,i}}^{-\mathrm{\α}}}{\mathrm{\γ}}_{D_{T,i}2D_{R,i}\mathrm{th},j_i}$

如果删除一对D2D通信对仍然不能使公式（11）满足，则根据（12）的原则需要删除若干个D2D通信对，在删除一个或者若干个i′后剩下的D2D通信对的个数为N′_D，此时第i个D2D对发送端的功率关系满足

$\frac{P_C}{P_{D,i}}\≥\frac{{\left|h_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}\right|}^2{d}_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{\frac{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BSth}}}-\underset{l=1,l\≠i}{\overset{N_D^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,l}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,l}}^{-\mathrm{\α}}}{{\left|h_{D_{T,l}2D_{R,l}}\right|}^2{d}_{D_{T,l}2D_{R,l}}^{-\mathrm{\α}}}{\mathrm{\γ}}_{D_{T,l}2D_{R,l}\mathrm{th},j_l}}$

因此，针对单个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景，其跨层设计方案如下：

该提出了联合基站和D2D通信端物理层、链路层以及网络层对频率、时间、空间和功率资源进行联合调度和优化分配的方法；该方法包括：为了不中断传统蜂窝用户链路的正常通信，获得端到端D2D直通技术带来的有效增益，允许D2D用户在共享蜂窝系统上行链路资源时采用同时协调D2D用户端对基站的干扰以及蜂窝用户对D2D干扰的方式，通过链路自适应的手段对资源进行跨层的资源分配方式；其跨层设计方法具体应用于以下的三种场景：

1）小区内单个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景，

2）针对小区内多个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景，

3）针对小区间单个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景。

小区内单个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景下的跨层设计方法为：

在该场景中主要存在D2D用户对基站BS的干扰以及蜂窝用户CU1对D2D接收端的干扰，两种干扰形式，为了对这两种干扰进行控制，并兼顾CU1和D2D用户的性能，资源分配的方案如下：

步骤一：在BS端首先通过公共控制信道获得关于蜂窝用户CU1和D2D发送和接收端的位置信息，

步骤二：在BS端通过信号估计算法得到CU1到BS以及D2D发送端到BS的无线传输信道的衰落因子的估计值，在此假设得到的值是理想的，无误差的，

步骤三：D2D发送端通过公共控制信道将位置信息传给BS，并通过该信道获得CU1和其接收端的位置信息，

步骤四：D2D发送端通过信号估计算法得到D2D通信对之间以及CU1到D2D接收端之间无线信道衰落因子的估计值，并通过公共控制信道将该值传给BS，在此同样假设得到的值是理想的，无误差的，

步骤五：在D2D发送端的链路层有数目为M种的备选的编码调制CM方案，D2D发送端将这M种CM方案对应的信干燥比SINR值通过公共控制信道传给BS，

步骤六：BS在得到以上信息后，计算公式

$d_{D_{T}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}^{-\mathrm{\α}}\≤\frac{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}\right|}^2{\left|h_{D_{T}2D_R}\right|}^2}{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}\right|}^2{\left|h_{D_{T}2\mathrm{BS}}\right|}^2}\·\frac{d_{D_{T}2D_R}^{-\mathrm{\α}}{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\γ}}_{D_{T}2D_R\mathrm{th},j}{\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BSth}}}$

步骤七：通过计算BS判断公式（01）的不等式条件是否成立，如果公式（01）的条件成立，执行步骤八，如果BS判断公式（01）的条件不成立，执行步骤十一，

步骤八：如果公式（01）的条件成立，接下来判断使公式（01）成立的SINR门限值对应的CM方式是否唯一，

步骤九：如果唯一，则BS通知D2D发送端采用使公式（1）成立的SINR门限值对应的CM方式进行通信，同时采用满足公式（02）的功率条件设置D2D的发送功率，

$\frac{d_{D_{T}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}{\left|h_{D_{T}2\mathrm{BS}}\right|}^2{\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BSth}}}{d_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}\right|}^2}\≤\frac{P_C}{P_D}\≤\frac{d_{D_{T}2D_R}^{-\mathrm{\α}}{\left|h_{D_{T}2D_R}\right|}^2}{d_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}^{-\mathrm{\α}}{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}\right|}^2{\mathrm{\γ}}_{D_{T}2D_R\mathrm{th},j}}---\left(02\right)$

步骤十：如果值不唯一，则BS通知D2D发送端采用使公式（01）成立的SINR门限值对应的使得D2D的频带利用率最高的CM方式进行通信，并采用满足公式（02）的功率条件设置D2D的发送功率，至此，跨层资源分配算法流程结束，执行步骤十二，

步骤十一：如果BS判断公式（01）的条件不成立，则通知D2D发送端选用其它上行资源进行复用，

步骤十二：至此，跨层资源分配算法流程结束。

针对小区内多个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景的跨层设计方法为：

在该场景中主要存在多个D2D发送端对BS的累积干扰以及CU1对多个D2D接收端干扰两种干扰形式，为了对这两种干扰进行控制，并兼顾CU1和多个D2D用户的性能，资源分配的方法如下：

步骤一：在BS端首先通过公共控制信道获得关于蜂窝用户CU1和多个D2D发送及接收端的位置信息，

步骤二：在BS端通过信号估计算法得到CU1到BS以及多个D2D发送端到BS的无线传输信道的衰落因子的估计值，在此假设得到的值是理想的，无误差的，

步骤三：每个D2D发送端通过公共控制信道将位置信息传给BS，并通过该信道获得CU1和其接收端的位置信息，

步骤四：每个D2D发送端通过信号估计算法得到每个D2D通信对之间以及CU1到每个D2D接收端之间无线信道衰落因子的估计值，并通过公共控制信道将该值传给BS，在此同样假设得到的值是理想的，无误差的，

步骤五：在每个D2D发送端的链路层有M种备选的CM方案，单个D2D发送端将这M种CM方案对应的SINR值通过公共控制信道传给BS，

步骤六：BS在得到以上信息后，计算公式

$\frac{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BSth}}}\≥\underset{i=1}{\overset{N_D}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left|h_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}\right|}^2{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,i}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,i}}^{-\mathrm{\α}}{d}_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\left|h_{D_{T,i}2D_{R,i}}\right|}^2{d}_{D_{T,i}2D_{R,i}}^{-\mathrm{\α}}}{\mathrm{\γ}}_{D_{T,i}2D_{R,i}\mathrm{th},j_i}---\left(03\right)$

步骤七：通过计算BS判断公式（03）的不等式条件是否成立，如果公式（03）的条件成立，执行步骤八；如果BS判断公式（03）的条件不成立，执行步骤十一，

步骤八：如果公式（03）的条件成立，说明累积干扰不会对CU1在BS处的正确接收带来干扰，接下来判断使公式（03）成立的每个D2D所提供的SINR门限值对应的CM方式是否唯一，

步骤九：如果唯一，则BS通知每个D2D发送端采用使公式（03）成立的SINR门限值对应的CM方式进行通信，同时采用满足公式（04）的功率条件设置每个D2D的发送功率，

$\frac{P_C}{P_{D,i}}\≥\frac{{\left|h_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}\right|}^2{d}_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{\frac{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BSth}}}-\underset{l=1,l\≠i}{\overset{N_D^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,l}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,l}}^{-\mathrm{\α}}}{{\left|h_{D_{T,l}2D_{R,l}}\right|}^2{d}_{D_{T,l}2D_{R,l}}^{-\mathrm{\α}}}{\mathrm{\γ}}_{D_{T,l}2D_{R,l}\mathrm{th},j_l}}---\left(04\right)$

步骤十：如果值不唯一，则BS通知每个D2D发送端采用使公式（03）成立的SINR门限值对应的使得D2D的频带利用率最高的CM方式进行通信，并采用满足公式（04）的功率条件设置D2D的发送功率，至此，跨层资源分配算法流程结束，执行步骤十三，

步骤十一：如果BS判断公式（03）的条件不成立，说明累积干扰对CU1在BS处的正确接收带来干扰，BS需要通过重新分配资源方式协调干扰，此时BS通过查找方式删除使得公式（05）满足的D2D发送端i′，减少累积干扰的影响，

$i^{\′}=\underset{i^{\′}}{\arg \min }\underset{i=1,i\≠i^{\′}}{\overset{N_D}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left|h_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}\right|}^2{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,i}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,i}}^{-\mathrm{\α}}{d}_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\left|h_{D_{T,i}2D_{R,i}}\right|}^2{d}_{D_{T,i}2D_{R,i}}^{-\mathrm{\α}}}{\mathrm{\γ}}_{D_{T,i}2D_{R,i}\mathrm{th},j_i}---\left(05\right)$

步骤十二：如果只删除一个D2D发送端就能够使公式（05）满足，则BS通知相应的D2D发送端选用其它上行资源进行复用，如果需要删除若干个D2D发送端，则BS通知相应的每个D2D发送端选用其它上行资源进行复用，

步骤十三：至此，跨层资源分配算法流程结束。

针对小区间单个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景的跨层设计方法为：

步骤一：在BS端首先通过公共控制信道获得关于本小区蜂窝用户CU1和邻小区D2D发送和接收端的位置信息，

步骤二：在BS端通过信号估计算法得到CU1到BS以及邻小区D2D发送端到BS的无线传输信道的衰落因子的估计值，在此假设得到的值是理想的，无误差的，

步骤三：邻小区D2D发送端通过公共控制信道将位置信息传给BS，并通过该信道获得CU1和其接收端的位置信息，

步骤四：邻小区D2D发送端通过信号估计算法得到D2D通信对之间以及CU1到D2D接收端之间无线信道衰落因子的估计值，并通过公共控制信道将该值传给BS，在此同样假设得到的值是理想的，无误差的，

步骤五：在邻小区D2D发送端的链路层有M种备选的CM方案，D2D发送端将这M种CM方案对应的SINR值通过公共控制信道传给BS，

步骤六：BS在得到以上信息后，计算公式

$\frac{d_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{\mathrm{RA}}}^{-\mathrm{\α}}}{d_{D_{\mathrm{TA}}2D_{\mathrm{RA}}}^{-\mathrm{\α}}}\≤\frac{P_{\mathrm{DA}}{\left|h_{D_{\mathrm{TA}}2D_{\mathrm{RA}}}\right|}^2}{P_C{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{\mathrm{RA}}}\right|}^2{\mathrm{\γ}}_{D_{\mathrm{TA}}2D_{\mathrm{RA}}\mathrm{th},j}}---\left(06\right)$

步骤七：通过计算BS判断公式（06）的不等式条件是否成立，如果公式（06）的条件成立，执行步骤八；如果BS判断公式（06）的条件不成立，执行步骤十一，

步骤八：如果公式（06）的条件成立，接下来判断使公式（06）成立的SINR门限值对应的CM方式是否唯一，

步骤九：如果唯一，则BS通知邻小区D2D发送端采用使公式（06）成立的SINR门限值对应的CM方式进行通信，同时采用满足公式（07）的功率条件设置D2D的发送功率，

$\frac{P_{\mathrm{DA}}}{P_C}\≥\frac{d_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{\mathrm{RA}}}^{-\mathrm{\α}}{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{\mathrm{RA}}}\right|}^2{\mathrm{\γ}}_{D_{\mathrm{TA}}2D_{\mathrm{RA}}\mathrm{th},j}}{d_{D_{\mathrm{TA}}2D_{\mathrm{RA}}}^{-\mathrm{\α}}{\left|h_{D_{\mathrm{TA}}2D_{\mathrm{RA}}}\right|}^2}---\left(07\right)$

步骤十：如果值不唯一，则BS通知邻小区D2D发送端采用使公式（06）成立的SINR门限值对应的使得D2D的频带利用率最高的CM方式进行通信，并采用满足公式（07）的功率条件设置D2D的发送功率，至此，跨层资源分配算法流程结束，执行步骤十二，

步骤十一：如果BS判断公式（06）的条件不成立，则通知邻小区D2D发送端选用其它上行资源进行复用，

步骤十二：至此，跨层资源分配算法流程结束。

有益效果：充分提高引入D2D直通技术的共存系统的资源利用率和有效性，最大限速地开发资源的复用增益，增加系统容量，增加业务类型，保障服务质量。从新的资源分配视角在有限的资源条件下开发更多的资源复用的机会，尤其是对频谱资源的再次开发和利用。

联合物理层、链路层以及网络层对频率、时间、空间和功率资源进行联合调度和优化分配的方法，发明小区内及小区间单链路和多链路D2D在复用上行资源场景下的资源分配方案。

将基站和D2D用户端的性能进行联合优化的发明方案，兼顾全局和局部的性能，蜂窝系统和D2D子系统的服务质量，保证共存系统获得D2D技术带来的额外增益。

附图说明

图1是本发明所依据的小区内D2D用户复用上行资源的系统框图；

图2是本发明所依据的小区间D2D用户复用上行资源的系统框图；

图3是本发明提出的小区内单个D2D通信对复用上行资源的跨层资源分配流程图；

图4是本发明提出的小区内多个D2D通信对复用上行资源的跨层资源分配流程图；

图5是本发明提出的小区间单个D2D通信对复用上行资源的跨层资源分配流程图；

具体实施方式

本发明考虑两种系统模型，即，场景A：小区内D2D通信与蜂窝用户复用上行资源场景和场景B：小区间D2D通信与蜂窝用户复用上行资源场景。围绕不同应用场景中的资源分配问题。

围绕图1的单用户场景，参照图3，针对小区内单个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景，其跨层设计方案具体实施方式为：

在该场景中主要存在D2D用户对BS的干扰以及CU1对D2D接收端的干扰，两种干扰形式。为了对这两种干扰进行控制，并兼顾CU1和D2D用户的性能，资源分配的方案如下：

步骤302：在BS端首先通过公共控制信道获得关于蜂窝用户CU1和D2D发送和接收端的位置信息。

步骤304：在BS端通过信号估计算法得到CU1到BS以及D2D发送端到BS的无线传输信道的衰落因子的估计值，在此假设得到的值是理想的，无误差的。

步骤306：D2D发送端通过公共控制信道将位置信息传给BS，并通过该信道获得CU1和其接收端的位置信息。

步骤308：D2D发送端通过信号估计算法得到D2D通信对之间以及CU1到D2D接收端之间无线信道衰落因子的估计值，并通过公共控制信道将该值传给BS，在此同样假设得到的值是理想的，无误差的。

步骤310：在D2D发送端的链路层有M种备选的CM方案，D2D发送端将这M种CM方案对应的SINR值通过公共控制信道传给BS。

步骤312：BS在得到以上信息后，计算公式（8）。

步骤314：通过计算BS判断公式（8）的不等式条件是否成立。

步骤316：如果公式（8）的条件成立，接下来判断使公式（8）成立的SINR门限值对应的CM方式是否唯一。

步骤318：如果唯一，则BS通知D2D发送端采用使公式（8）成立的SINR门限值对应的CM方式进行通信，同时采用满足公式（9）的功率条件设置D2D的发送功率。

步骤320：如果值不唯一，则BS通知D2D发送端采用使公式（8）成立的SINR门限值对应的使得D2D的频带利用率最高的CM方式进行通信，并采用满足公式（9）的功率条件设置D2D的发送功率。

步骤322：如果BS判断公式（8）的条件不成立，则通知D2D发送端选用其它上行资源进行复用。

步骤324：至此，跨层资源分配算法流程结束。

围绕图1的多用户场景，参照图4，针对小区内多个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景，其跨层设计方案具体实施方式为：

在该场景中主要存在多个D2D发送端对BS的累积干扰以及CU1对多个D2D接收端干扰两种干扰形式。为了对这两种干扰进行控制，并兼顾CU1和多个D2D用户的性能，资源分配的方案如下：

步骤402：在BS端首先通过公共控制信道获得关于蜂窝用户CU1和多个D2D发送及接收端的位置信息。

步骤404：在BS端通过信号估计算法得到CU1到BS以及多个D2D发送端到BS的无线传输信道的衰落因子的估计值，在此假设得到的值是理想的，无误差的。

步骤406：每个D2D发送端通过公共控制信道将位置信息传给BS，并通过该信道获得CU1和其接收端的位置信息。

步骤408：每个D2D发送端通过信号估计算法得到每个D2D通信对之间以及CU1到每个D2D接收端之间无线信道衰落因子的估计值，并通过公共控制信道将该值传给BS，在此同样假设得到的值是理想的，无误差的。

步骤410：在每个D2D发送端的链路层有M种备选的CM方案，单个D2D发送端将这M种CM方案对应的SINR值通过公共控制信道传给BS。

步骤412：BS在得到以上信息后，计算公式（11）。

步骤414：通过计算BS判断公式（11）的不等式条件是否成立。

步骤416：如果公式（11）的条件成立，说明累积干扰不会对CU1在BS处的正确接收带来干扰，接下来判断使公式（11）成立的每个D2D所提供的SINR门限值对应的CM方式是否唯一。

步骤418：如果唯一，则BS通知每个D2D发送端采用使公式（11）成立的SINR门限值对应的CM方式进行通信，同时采用满足公式（13）的功率条件设置每个D2D的发送功率。

步骤420：如果值不唯一，则BS通知每个D2D发送端采用使公式（11）成立的SINR门限值对应的使得D2D的频带利用率最高的CM方式进行通信，并采用满足公式（13）的功率条件设置D2D的发送功率。

步骤422：如果BS判断公式（11）的条件不成立，说明累积干扰对CU1在BS处的正确接收带来干扰，BS需要通过重新分配资源方式协调干扰，此时BS通过查找方式删除使得公式（12）满足的D2D发送端i′，减少累积干扰的影响。

步骤424：如果只删除一个D2D发送端就能够使公式（12）满足，则BS通知相应的D2D发送端选用其它上行资源进行复用。如果需要删除若干个D2D发送端，则BS通知相应的每个D2D发送端选用其它上行资源进行复用。

步骤426：至此，跨层资源分配算法流程结束。

围绕图2的场景，参照图5，针对小区间单个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景，其跨层设计方案具体实施方式为：

在该场景中主要存在本小区CU1对邻小区复用相同资源的D2D接收端的干扰。为了对这种干扰进行控制，并兼顾CU1和邻小区D2D用户的性能，资源分配的方案如下：

步骤502：在BS端首先通过公共控制信道获得关于本小区蜂窝用户CU1和邻小区D2D发送和接收端的位置信息。

步骤504：在BS端通过信号估计算法得到CU1到BS以及邻小区D2D发送端到BS的无线传输信道的衰落因子的估计值，在此假设得到的值是理想的，无误差的。

步骤506：邻小区D2D发送端通过公共控制信道将位置信息传给BS，并通过该信道获得CU1和其接收端的位置信息。

步骤508：邻小区D2D发送端通过信号估计算法得到D2D通信对之间以及CU1到D2D接收端之间无线信道衰落因子的估计值，并通过公共控制信道将该值传给BS，在此同样假设得到的值是理想的，无误差的。

步骤510：在邻小区D2D发送端的链路层有M种备选的CM方案，D2D发送端将这M种CM方案对应的SINR值通过公共控制信道传给BS。

步骤512：BS在得到以上信息后，计算公式（16）。

步骤514：通过计算BS判断公式（16）的不等式条件是否成立。

步骤516：如果公式（16）的条件成立，接下来判断使公式（16）成立的SINR门限值对应的CM方式是否唯一。

步骤518：如果唯一，则BS通知邻小区D2D发送端采用使公式（16）成立的SINR门限值对应的CM方式进行通信，同时采用满足公式（17）的功率条件设置D2D的发送功率。

步骤520：如果值不唯一，则BS通知邻小区D2D发送端采用使公式（16）成立的SINR门限值对应的使得D2D的频带利用率最高的CM方式进行通信，并采用满足公式（17）的功率条件设置D2D的发送功率。

步骤522：如果BS判断公式（16）的条件不成立，则通知邻小区D2D发送端选用其它上行资源进行复用。

步骤524：至此，跨层资源分配算法流程结束。

Claims (4)

1.一种终端直通技术共享系统上行资源的跨层设计方法，其特征在于该提出了联合基站和D2D通信端物理层、链路层以及网络层对频率、时间、空间和功率资源进行联合调度和优化分配的方法；该方法包括：为了不中断传统蜂窝用户链路的正常通信，获得端到端D2D直通技术带来的有效增益，允许D2D用户在共享蜂窝系统上行链路资源时采用同时协调D2D用户端对基站的干扰以及蜂窝用户对D2D干扰的方式，通过链路自适应的手段对资源进行跨层的资源分配方式；其跨层设计方法具体应用于以下的三种场景：

1）小区内单个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景，

2）针对小区内多个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景，

3）针对小区间单个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景。

2.根据权利要求1所述的终端直通技术共享系统上行资源的跨层设计方法，其特征在于，小区内单个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景下的跨层设计方法为：

在该场景中主要存在D2D用户对基站BS的干扰以及蜂窝用户CU1对D2D接收端的干扰，两种干扰形式，为了对这两种干扰进行控制，并兼顾CU1和D2D用户的性能，资源分配的方案如下：

步骤一：在BS端首先通过公共控制信道获得关于蜂窝用户CU1和D2D发送和接收端的位置信息，

步骤二：在BS端通过信号估计算法得到CU1到BS以及D2D发送端到BS的无线传输信道的衰落因子的估计值，在此假设得到的值是理想的，无误差的，

步骤三：D2D发送端通过公共控制信道将位置信息传给BS，并通过该信道获得CU1和其接收端的位置信息，

步骤四：D2D发送端通过信号估计算法得到D2D通信对之间以及CU1到D2D接收端之间无线信道衰落因子的估计值，并通过公共控制信道将该值传给BS，在此同样假设得到的值是理想的，无误差的，

步骤五：在D2D发送端的链路层有数目为M种的备选的编码调制CM方案，D2D发送端将这M种CM方案对应的信干燥比SINR值通过公共控制信道传给BS，

步骤六：BS在得到以上信息后，计算公式

$d_{D_{T}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}^{-\mathrm{\α}}\≤\frac{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}\right|}^2{\left|h_{D_{T}2D_R}\right|}^2}{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}\right|}^2{\left|h_{D_{T}2\mathrm{BS}}\right|}^2}\·\frac{d_{D_{T}2D_R}^{-\mathrm{\α}}{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\γ}}_{D_{T}2D_R\mathrm{th},j}{\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BSth}}}---\left(01\right)$

步骤七：通过计算BS判断公式（01）的不等式条件是否成立，如果公式（01）的条件成立，执行步骤八，如果BS判断公式（01）的条件不成立，执行步骤十一，

步骤八：如果公式（01）的条件成立，接下来判断使公式（01）成立的SINR门限值对应的CM方式是否唯一，

步骤九：如果唯一，则BS通知D2D发送端采用使公式（01）成立的SINR门限值对应的CM方式进行通信，同时采用满足公式（02）的功率条件设置D2D的发送功率，

$\frac{d_{D_{T}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}{\left|h_{D_{T}2\mathrm{BS}}\right|}^2{\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BSth}}}{d_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}\right|}^2}\≤\frac{P_C}{P_D}\≤\frac{d_{D_{T}2D_R}^{-\mathrm{\α}}{\left|h_{D_{T}2D_R}\right|}^2}{d_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}^{-\mathrm{\α}}{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_R}\right|}^2{\mathrm{\γ}}_{D_{T}2D_R\mathrm{th},j}}---\left(02\right)$

步骤十：如果值不唯一，则BS通知D2D发送端采用使公式（01）成立的SINR门限值对应的使得D2D的频带利用率最高的CM方式进行通信，并采用满足公式（02）的功率条件设置D2D的发送功率，至此，跨层资源分配算法流程结束，执行步骤十二，

步骤十一：如果BS判断公式（01）的条件不成立，则通知D2D发送端选用其它上行资源进行复用，

步骤十二：至此，跨层资源分配算法流程结束。

3.根据权利要求1所述的终端直通技术共享系统上行资源的跨层设计方法，其特征在于，针对小区内多个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景的跨层设计方法为：

在该场景中主要存在多个D2D发送端对BS的累积干扰以及CU1对多个D2D接收端干扰两种干扰形式，为了对这两种干扰进行控制，并兼顾CU1和多个D2D用户的性能，资源分配的方法如下：

步骤一：在BS端首先通过公共控制信道获得关于蜂窝用户CU1和多个D2D发送及接收端的位置信息，

步骤二：在BS端通过信号估计算法得到CU1到BS以及多个D2D发送端到BS的无线传输信道的衰落因子的估计值，在此假设得到的值是理想的，无误差的，

步骤三：每个D2D发送端通过公共控制信道将位置信息传给BS，并通过该信道获得CU1和其接收端的位置信息，

步骤四：每个D2D发送端通过信号估计算法得到每个D2D通信对之间以及CU1到每个D2D接收端之间无线信道衰落因子的估计值，并通过公共控制信道将该值传给BS，在此同样假设得到的值是理想的，无误差的，

步骤五：在每个D2D发送端的链路层有M种备选的CM方案，单个D2D发送端将这M种CM方案对应的SINR值通过公共控制信道传给BS，

步骤六：BS在得到以上信息后，计算公式

$\frac{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BSth}}}\≥\underset{i=1}{\overset{N_D}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left|h_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}\right|}^2{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,i}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,i}}^{-\mathrm{\α}}{d}_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\left|h_{D_{T,i}2D_{R,i}}\right|}^2{d}_{D_{T,i}2D_{R,i}}^{-\mathrm{\α}}}{\mathrm{\γ}}_{D_{T,i}2D_{R,i}\mathrm{th},j_i}---\left(03\right)$

步骤七：通过计算BS判断公式（03）的不等式条件是否成立，如果公式（03）的条件成立，执行步骤八；如果BS判断公式（03）的条件不成立，执行步骤十一，

步骤八：如果公式（03）的条件成立，说明累积干扰不会对CU1在BS处的正确接收带来干扰，接下来判断使公式（03）成立的每个D2D所提供的SINR门限值对应的CM方式是否唯一，

步骤九：如果唯一，则BS通知每个D2D发送端采用使公式（03）成立的SINR门限值对应的CM方式进行通信，同时采用满足公式（04）的功率条件设置每个D2D的发送功率，

$\frac{P_C}{P_{D,i}}\≥\frac{{\left|h_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}\right|}^2{d}_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{\frac{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{CU}}_{1}2\mathrm{BSth}}}-\underset{l=1,l\≠i}{\overset{N_D^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,l}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,l}}^{-\mathrm{\α}}}{{\left|h_{D_{T,l}2D_{R,l}}\right|}^2{d}_{D_{T,l}2D_{R,l}}^{-\mathrm{\α}}}{\mathrm{\γ}}_{D_{T,l}2D_{R,l}\mathrm{th},j_l}}---\left(04\right)$

步骤十：如果值不唯一，则BS通知每个D2D发送端采用使公式（03）成立的SINR门限值对应的使得D2D的频带利用率最高的CM方式进行通信，并采用满足公式（04）的功率条件设置D2D的发送功率，至此，跨层资源分配算法流程结束，执行步骤十三，

步骤十一：如果BS判断公式（03）的条件不成立，说明累积干扰对CU1在BS处的正确接收带来干扰，BS需要通过重新分配资源方式协调干扰，此时BS通过查找方式删除使得公式（05）满足的D2D发送端i′，减少累积干扰的影响，

$i^{\′}=\underset{i^{\′}}{\arg \min }\underset{i=1,i\≠i^{\′}}{\overset{N_D}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left|h_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}\right|}^2{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,i}}\right|}^2{d}_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{R,i}}^{-\mathrm{\α}}{d}_{D_{T,i}2\mathrm{BS}}^{-\mathrm{\α}}}{{\left|h_{D_{T,i}2D_{R,i}}\right|}^2{d}_{D_{T,i}2D_{R,i}}^{-\mathrm{\α}}}{\mathrm{\γ}}_{D_{T,i}2D_{R,i}\mathrm{th},j_i}---\left(05\right)$

步骤十二：如果只删除一个D2D发送端就能够使公式（05）满足，则BS通知相应的D2D发送端选用其它上行资源进行复用，如果需要删除若干个D2D发送端，则BS通知相应的每个D2D发送端选用其它上行资源进行复用，

步骤十三：至此，跨层资源分配算法流程结束。

4.根据权利要求1所述的终端直通技术共享系统上行资源的跨层设计方法，其特征在于，针对小区间单个D2D通信对与蜂窝用户共存的场景的跨层设计方法为：

步骤一：在BS端首先通过公共控制信道获得关于本小区蜂窝用户CU1和邻小区D2D发送和接收端的位置信息，

步骤二：在BS端通过信号估计算法得到CU1到BS以及邻小区D2D发送端到BS的无线传输信道的衰落因子的估计值，在此假设得到的值是理想的，无误差的，

步骤三：邻小区D2D发送端通过公共控制信道将位置信息传给BS，并通过该信道获得CU1和其接收端的位置信息，

步骤四：邻小区D2D发送端通过信号估计算法得到D2D通信对之间以及CU1到D2D接收端之间无线信道衰落因子的估计值，并通过公共控制信道将该值传给BS，在此同样假设得到的值是理想的，无误差的，

步骤五：在邻小区D2D发送端的链路层有M种备选的CM方案，D2D发送端将这M种CM方案对应的SINR值通过公共控制信道传给BS，

步骤六：BS在得到以上信息后，计算公式

$\frac{d_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{\mathrm{RA}}}^{-\mathrm{\α}}}{d_{D_{\mathrm{TA}}2D_{\mathrm{RA}}}^{-\mathrm{\α}}}\≤\frac{P_{\mathrm{DA}}{\left|h_{D_{\mathrm{TA}}2D_{\mathrm{RA}}}\right|}^2}{P_C{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{\mathrm{RA}}}\right|}^2{\mathrm{\γ}}_{D_{\mathrm{TA}}2D_{\mathrm{RA}}\mathrm{th},j}}---\left(06\right)$

步骤七：通过计算BS判断公式（06）的不等式条件是否成立，如果公式（06）的条件成立，执行步骤八；如果BS判断公式（06）的条件不成立，执行步骤十一，

步骤八：如果公式（06）的条件成立，接下来判断使公式（06）成立的SINR门限值对应的CM方式是否唯一，

步骤九：如果唯一，则BS通知邻小区D2D发送端采用使公式（06）成立的SINR门限值对应的CM方式进行通信，同时采用满足公式（07）的功率条件设置D2D的发送功率，

$\frac{P_{\mathrm{DA}}}{P_C}\≥\frac{d_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{\mathrm{RA}}}^{-\mathrm{\α}}{\left|h_{{\mathrm{CU}}_{1}2D_{\mathrm{RA}}}\right|}^2{\mathrm{\γ}}_{D_{\mathrm{TA}}2D_{\mathrm{RA}}\mathrm{th},j}}{d_{D_{\mathrm{TA}}2D_{\mathrm{RA}}}^{-\mathrm{\α}}{\left|h_{D_{\mathrm{TA}}2D_{\mathrm{RA}}}\right|}^2}---\left(07\right)$

步骤十：如果值不唯一，则BS通知邻小区D2D发送端采用使公式（06）成立的SINR门限值对应的使得D2D的频带利用率最高的CM方式进行通信，并采用满足公式（07）的功率条件设置D2D的发送功率，至此，跨层资源分配算法流程结束，执行步骤十二，

步骤十一：如果BS判断公式（06）的条件不成立，则通知邻小区D2D发送端选用其它上行资源进行复用，

步骤十二：至此，跨层资源分配算法流程结束。

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