CN103313309A - 一种基于负载的小区间d2d用户模式选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于负载的小区间D2D用户模式选择方法，包括(1)第一基站与第二基站通过X2接口获得彼此的负载情况；(2)当两个基站中一个基站负载重，一个负载轻，把在负载重的小区中的用户强制切换到负载轻的小区，计算蜂窝模式和专有模式进行通信的频谱效率并选择频谱效率高的模式进行通信；(3)如果两个基站的负载轻，不执行强制切换，用户通过X2接口建立连接。计算蜂窝模式和专有模式进行通信的频谱效率并选择频谱效率高的模式进行通信；(4)如果两个基站的负载都很重，不执行强制切换，用户通过X2接口建立连接，并搜索合适的蜂窝用户来复用其资源。计算复用蜂窝用户的资源进行通信的频谱效率，选择频谱效率最高的资源复用；(5)基站根据D2D用户选择的模式，进行资源分配。

Description

一种基于负载的小区间D2D用户模式选择方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域中的长期演进（Long TermEvolution LTE）系统，具体涉及一种基于负载的小区间D2D用户模式选择方法。

背景技术

移动通信从模拟通信时代发展到今天的数字通信时代，尤其是即将到来的LTE（长期演进）时代，给人们的生活带来了巨大的改变，但是传统的移动通信中用户之间的通信需要经过基站的转接，使得基站侧的负担很重，而且一次通信需要经过上、下行两个过程才能完成，需要占用两段频谱资源，如今频谱资源越来越紧缺，但是人们对于高数据速率业务的需求却在不断增加，因此，如何在有限的带宽资源中实现高速率和大容量变得十分重要。当两个用户距离较近时，通过基站转接的方式进行通信，会造成无线资源的浪费，同时通信效率还很低，然而D2D（device to device）通信被引入到移动通信系统中，就可以解决这个问题。D2D通信系统是一种新型的通信方式，基站只负责用户之间的控制信令，他们之间的数据业务不需要基站的转接，通过设备到设备的直接通信就可以实现，可以降低基站侧的负担。D2D通信方式跟其他的无线技术，如蓝牙、WLAN等相比也有很大优势，比如D2D用户工作在许可频段，可以实现干扰可控；D2D用户还可以复用传统蜂窝网络资源，缓解无线资源短缺问题，提高资源利用率；此外，因为一般D2D用户之间的通信距离都比较近，相比传统的需要经过基站转接的蜂窝通信来说，衰减大大减小，可以降低设备发射功率，同时可以提高网络吞吐量，满足用户对高数据速率业务的需求。因此D2D通信在未来有很大的竞争力。为了加以区别，我们把移动通信系统中的用户称之为蜂窝用户，进行D2D通信的用户称之为D2D用户。

在不同网络负载的蜂窝系统中，D2D用户可以使用不同的模式进行通信，给D2D用户选择合适的模式进行通信，可以最大限度地发挥D2D通信系统的优势。D2D用户可以有三种模式进行选择：专有模式、蜂窝模式、复用模式。专有模式是基站给D2D用户分配和蜂窝用户一样的相互正交的资源，D2D用户使用这些资源进行直接通信的时候和小区内的蜂窝用户之间不会发生相互干扰，他们的通信内容不需要通过基站转发；蜂窝模式是基站把D2D用户和普通的蜂窝用户同等对待，他们之间的通信是要通过基站转发的；复用模式是基站不给D2D用户分配资源，D2D用户使用小区内的一个或者几个原来存在的蜂窝用户的资源进行直接通信，不需要基站转发通信内容，但是可能会和小区内的或者小区间的蜂窝用户产生相互干扰。

国内外论文也提出了一些D2D用户模式选择的方法，如KlausDoppler在文章“Mode selection for Device-to-DeviceCommunication underlaying an LTE-Advanced Network in theWCNC2010”中以D2D用户和其复用的蜂窝用户的数据速率为目标来为D2D用户选择模式进行通信。这个方法可以增加小区吞吐量，但只以数据速率为目标，会出现因为D2D用户和其复用的蜂窝用户使用的资源多，才使得两者获得的数据速率最大的情况，这样就有可能浪费一些本来就稀缺的频谱资源，使得资源利用率不高；此外，此方案没有考虑小区负载情况，这样进行模式选择的话，有可能加重小区的负载，影响小区内用户的通信质量。再如“Mode Selection forEnergy-Efficient D2D Communications in LTE-Advanced NetworksA Coalitional Game Approach”中利用博弈的思想，以用户的发射功率最小为目标来为D2D用户选择模式进行通信，也没有考虑小区负载情况。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明旨在于提供一种基于负载的小区间D2D用户模式选择方法。本发明针对的是D2D用户中的发起通信方上报服务基站目标通信用户的ID，基站检测目标通信用户的ID不在本小区，D2D用户在选择模式时，考虑了相邻小区的负载情况，选择最佳的模式进行通信。

需要指出的是，既然第一用户与第二用户进行D2D通信，说明他们之间的距离不会太远，具体的说，当一个用户被强制切换到另外小区的时候，服务基站可以与其建立连接。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于负载的小区间D2D用户模式选择方法，具有至少一对在不同小区进行通信的第一用户与第二用户，以及所述第一用户与第二用户分别所处不同小区的第一基站与第二基站，所述方法包括以下步骤：

（1）所述第一基站与所述第二基站通过X2接口获得之之间的负载情况数据；

（2）当所述第一基站与第二基站中的一个负载重，另一个负载轻，将处于负载重的基站中的用户强制切换至负载轻的基站；

（3）计算D2D用户使用蜂窝模式和专有模式进行通信的频谱效率，并选择频谱效率高的模式进行通信；

（4）基站根据D2D用户选择的模式，进行资源分配；

（5）当所述第一基站与第二基站的负载都轻，所述第一用户与第二用户通过X2接口建立连接，并不执行强制切换用户转基站；

（6）计算D2D用户使用蜂窝模式和专有模式进行通信的频谱效率，D2D用户选择频谱效率高的模式进行通信；

（7）基站根据D2D用户选择的模式，进行资源分配；

（8）当所述第一基站与第二基站的负载都重，所述第一用户与第二用户通过X2接口建立连接，将不执行强制切换用户转基站，并且搜索合适的蜂窝用户用于复用其资源；

（9）计算D2D用户复用所述蜂窝用户资源进行通信的频谱效率，D2D用户选择频谱效率最高的蜂窝用户复用其资源进行通信；

（10）基站根据D2D用户选择的模式，进行资源分配。

需要说明的是，执行用户强制切换过程中，所述负载重的基站释放对处于所述负载重基站中的用户的连接。

需要说明的是，计算专有模式的频谱效率与蜂窝模式的频谱效率公式分别为：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{cell}}=\frac{S_{\mathrm{UE}1-\mathrm{BS}1}\·{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{UE}1-\mathrm{BS}1})+S_{\mathrm{BS}1-\mathrm{UE}2}\·{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{BS}1-\mathrm{UE}2})}{S_{\mathrm{UE}1-\mathrm{BS}1}+S_{\mathrm{BS}1-\mathrm{UE}2}};$

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{dedicated}}=\frac{S_{\mathrm{UE}1-\mathrm{UE}2}\·{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{UE}1-\mathrm{UE}2})}{S_{\mathrm{UE}1-\mathrm{UE}2}};$

其中，S_i-j表示链路i-j所使用的资源，SINR_i-j表示i和j进行通信时，j获得的信干噪比。

需要说明的是，计算复用蜂窝用户的频谱效公式为：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{resue}}=\frac{S_{\mathrm{UE}3-\mathrm{BS}1}\·{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{UE}1-\mathrm{UE}2})+S_{\mathrm{UE}3-\mathrm{BS}1}\·{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{UE}3-\mathrm{BS}1})}{S_{\mathrm{UE}3-\mathrm{BS}1}};$

其中，UE3表示搜索到的复用蜂窝用户资源，S_i-j表示链路i-j所使用的资源，SINR_i-j表示i和j进行通信时，j的信干噪比。

需要说明的是，当D2D用户采用复用资源模式进行通信，基站在分配D2D资源的时不必将其列入分配之内；当D2D用户采用蜂窝模式或专有模式通信，基站则需给D2D用户分配资源，D2D用户使用基站分配的资源进行通信。

本发明有益效果在于，所述方法基于基站负载的小区间D2D用户模式选择方法，以频谱效率为目标，为D2D用户选择最合适的模式进行通信，考虑了基站负载的情况，防止本来基站负载就很重，加入D2D通信之后，继续加重网络负载的情况出现，平衡了相邻基站的负载，从而最大化资源的使用效率，可以有效缓解频谱资源紧张，利用率低的问题。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的描述，但不应视为对本发明的限制。

为了方便描述，对以下名称作简化：

第一用户：UE1；

第二用户：UE2；

第三用户：UE3；

第一基站：BS1；

第二基站：BS2。

如图1所示，本发明为一种基于负载的小区间D2D用户模式选择方法，具有至少一对在不同小区进行通信的UE1与UE2，以及所述UE1与UE2分别所处不同小区的BS1与BS2，所述方法包括以下步骤：

步骤1，基站BS1和BS2通过X2接口获得彼此双方的负载情况。需要说明的是，为了不增加额外的信令负担，可以在基站发送HII（High Interference Indicator高干扰指示）时，使用1bit来表示基站当前的负载情况。

步骤2，如果两个基站中一个基站负载重，一个负载轻；需要说明的是，可假设BS1的负载轻，BS2的负载重，把UE2强制切换到BS1中，强制切换过程完成后，BS2释放对UE2的连接，空出资源方便其他用户使用。

步骤3，计算D2D用户使用专有模式与蜂窝模式的频谱效率，D2D用户选择频谱效率高的模式进行通信；

需要说明的是，计算专有模式的频谱效率与蜂窝模式的频谱效率公式分别为：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{cell}}=\frac{S_{\mathrm{UE}1-\mathrm{BS}1}\·{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{UE}1-\mathrm{BS}1})+S_{\mathrm{BS}1-\mathrm{UE}2}\·{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{BS}1-\mathrm{UE}2})}{S_{\mathrm{UE}1-\mathrm{BS}1}+S_{\mathrm{BS}1-\mathrm{UE}2}};$

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{dedicated}}=\frac{S_{\mathrm{UE}1-\mathrm{UE}2}\·{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{UE}1-\mathrm{UE}2})}{S_{\mathrm{UE}1-\mathrm{UE}2}};$

其中，S_i-j表示链路i-j所使用的资源，SINR_i-j表示i和j进行通信时，j获得的信干噪比。

进一步的说，当有空闲资源的时候，不选择使用复用模式，因为D2D用户使用复用模式进行通信时，D2D用户和蜂窝用户之间会产生干扰。

步骤4，基站根据D2D用户选择的模式，进行资源分配；

步骤5，如果两个基站的负载都轻，不用执行强制切换D2D用户的过程，UE1和UE2通过X2接口建立连接；

步骤6，计算D2D用户使用蜂窝模式和专有模式进行通信的频谱效率，D2D用户选择频谱效率高的模式进行通信；

步骤7，基站根据D2D用户选择的模式，进行资源分配；

步骤8，如果两个基站的负载都很重，也不执行强制切换D2D用户的过程，UE1和UE2通过X2接口建立连接，并且搜索若干个合适的蜂窝用户来复用其资源；

步骤9，分别计算复用若干个蜂窝用户的频谱效率，D2D用户选择频谱效率最高的蜂窝用户复用其资源进行通信。

需要说明的是，计算复用蜂窝用户的频谱效公式为：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{resue}}=\frac{S_{\mathrm{UE}3-\mathrm{BS}1}\·{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{UE}1-\mathrm{UE}2})+S_{\mathrm{UE}3-\mathrm{BS}1}\·{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{UE}3-\mathrm{BS}1})}{S_{\mathrm{UE}3-\mathrm{BS}1}}$

其中，S_i-j表示链路i-j所使用的资源，SINR_i-j表示i和j进行通信时，j的信干噪比，以复用UE3的资源为例。

步骤10，基站根据D2D用户选择的模式，进行资源分配。

需要进一步说明的是，如果D2D用户采用复用模式进行通信，基站在分配D2D资源的时候就不必把D2D用户考虑在内，D2D用户复用蜂窝用户的资源进行通信；如果D2D用户采用蜂窝模式或者专有模式，基站就要给D2D用户分配资源，D2D用户使用基站分配的资源进行通信。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于负载的小区间D2D用户模式选择方法，具有至少一对在不同小区进行通信的第一用户与第二用户，以及所述第一用户与第二用户分别所处不同小区的第一基站与第二基站，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）所述第一基站与所述第二基站通过X2接口获得之之间的负载情况数据；

（2）当所述第一基站与第二基站中的一个负载重，另一个负载轻，将处于负载重的基站中的用户强制切换至负载轻的基站；

（3）计算D2D用户使用蜂窝模式和专有模式进行通信的频谱效率，并选择频谱效率高的模式进行通信；

（4）基站根据D2D用户选择的模式，进行资源分配；

（5）当所述第一基站与第二基站的负载都轻，所述第一用户与第二用户通过X2接口建立连接，并不执行强制切换用户转基站；

（6）计算D2D用户使用蜂窝模式和专有模式进行通信的频谱效率，D2D用户选择频谱效率高的模式进行通信；

（7）基站根据D2D用户选择的模式，进行资源分配；

（8）当所述第一基站与第二基站的负载都重，所述第一用户与第二用户通过X2接口建立连接，将不执行强制切换用户转基站，并且搜索合适的蜂窝用户用于复用其资源；

（9）计算D2D用户复用所述蜂窝用户资源进行通信的频谱效率，D2D用户选择频谱效率最高的蜂窝用户复用其资源进行通信；

（10）基站根据D2D用户选择的模式，进行资源分配。

2.根据权利要求1所述的用户模式选择方法，其特征在于，执行用户强制切换过程中，所述负载重的基站释放对处于所述负载重基站中的用户的连接。

3.根据权利要求1所述的用户模式选择方法，其特征在于，计算专有模式的频谱效率与蜂窝模式的频谱效率公式分别为：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{cell}}=\frac{S_{\mathrm{UE}1-\mathrm{BS}1}\·{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{UE}1-\mathrm{BS}1})+S_{\mathrm{BS}1-\mathrm{UE}2}\·{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{BS}1-\mathrm{UE}2})}{S_{\mathrm{UE}1-\mathrm{BS}1}+S_{\mathrm{BS}1-\mathrm{UE}2}};$

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{dedicated}}=\frac{S_{\mathrm{UE}1-\mathrm{UE}2}\·{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{UE}1-\mathrm{UE}2})}{S_{\mathrm{UE}1-\mathrm{UE}2}};$

其中，S_i-j表示链路i-j所使用的资源，SINR_i-j表示i和j进行通信时，j获得的信干噪比。

4.根据权利要求1所述的用户模式选择方法，其特征在于，计算复用蜂窝用户的频谱效公式为：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{resue}}=\frac{S_{\mathrm{UE}3-\mathrm{BS}1}\·{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{UE}1-\mathrm{UE}2})+S_{\mathrm{UE}3-\mathrm{BS}1}\·{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{UE}3-\mathrm{BS}1})}{S_{\mathrm{UE}3-\mathrm{BS}1}};$

其中，UE3表示搜索到的复用蜂窝用户资源，S_i-j表示链路i-j所使用的资源，SINR_i-j表示i和j进行通信时，j的信干噪比。

5.根据权利要求1所述的用户模式选择方法，其特征在于，当D2D用户采用复用资源模式进行通信，基站在分配D2D资源的时不必将其列入分配之内；当D2D用户采用蜂窝模式或专有模式通信，基站则需给D2D用户分配资源，D2D用户使用基站分配的资源进行通信。

Images