CN103428817B - 基于lte蜂窝通信系统的d2d设备发现方法及装置 - Google Patents

基于lte蜂窝通信系统的d2d设备发现方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明适用于通信技术领域，提供了一种基于LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现方法及装置，所述方法包括：通过LTE蜂窝通信系统，第一D2D UE获取自身的定时信息；根据定时信息，在发现子帧接收第二D2D UE通过发现子帧发送的设备发现信号；通过将在发现子帧接收的设备发现信号的导频OFDM符号与本地导频序列进行时域相关，获取第二D2D UE的设备发现信号到达第一D2D UE的时间，并解析在发现子帧接收的设备发现信号的设备信息OFDM符号，获取第二D2D UE的设备信息，实现D2D UE的设备发现。本发明使得一个D2D UE可以有效的发现其它的D2D UE，提高了系统效率，节省了D2D UE的功率。

Description

基于LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现方法及装置
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种基于长期演进（LongTermEvolution，LTE）蜂窝通信系统的D2D设备发现方法及装置。
背景技术
近20年来，无线通信技术获得了巨大的发展，无线通信技术也是层出不穷。无线通信网络以其巨大的灵活性越来越大的占据这人们的生活，成为人们生活中不可缺少的一部分。
然而，无线频谱资源有限，随着使用无线通信网络的人数激增以及对无线通信网络性能的要求日益提高，频谱资源紧张的缺点已经成为限制无线通信性能的关键所在。目前，蜂窝网是主要的无线通信网络，在这种通信中，两个终端通信需要经过基站转发，同一个数据包从终端到基站，再从基站到终端，占用空口资源两次。如果两个通信终端距离较远，无法到达对方，则这种方案比较可行，但如果通信双方距离较近，相互在对方的通信范围内，则数据包直接通过终端之间传输，不需要经过基站转发，可以节省一半的资源。
设备到设备之间的直接通信(简称D2D通信,DevicetoDevice)能够使终端设备之间直接通信而不需要任何中间的基础设施。因此，终端设备的直接通信能够更高效率的利用频谱资源，提高蜂窝网容量，减少基站控制信令的开销，是一项能给蜂窝网通信带来巨大利益的技术。D2D通信既然是终端与终端的直接通信，那么寻呼消息就需要从寻呼终端直接发送给被寻呼终端而不需要基站及核心网的帮助。传统的一些技术可以实现D2D通信，比如wifi、BT以及adhoc等，但这些系统都工作在异步模式。因而，现有技术在D2D通信系统中，系统设备都工作在异步模式，使得D2D用户设备（UserEquipment，UE）在相互发现过程中，UE无法有效发现其它的UE，浪费系统功率。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现方法，旨在从一定程度上提高D2D通信系统的系统效率。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
本发明实施例是这样实现的，一种基于长期演进LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现方法，所述方法包括：
通过LTE蜂窝通信系统，第一D2DUE获取自身的定时信息；
第一D2DUE根据所述定时信息，在发现子帧接收第二D2DUE通过发现子帧发送的设备发现信号，所述设备发现信号包括：导频正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）符号和设备信息OFDM符号；
第一D2DUE通过将在发现子帧接收的设备发现信号的导频OFDM符号与本地导频序列进行时域相关，获取第二D2DUE的设备发现信号到达第一D2DUE的时间，并解析在发现子帧接收的设备发现信号的设备信息OFDM符号，获取第二D2DUE的设备信息，实现第一D2DUE对第二D2DUE的设备发现。
本发明实施例还提供了一种基于长期演进LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现装置，所述系统包括：
获取单元，用于通过LTE蜂窝通信系统，第一D2DUE获取自身的定时信息；
接收单元，用于第一D2DUE根据所述定时信息，在发现子帧接收第二D2DUE通过发现子帧发送的设备发现信号，所述设备发现信号包括：导频正交频分复用OFDM符号和设备信息OFDM符号；
发现单元，用于第一D2DUE通过将在发现子帧接收的设备发现信号的导频OFDM符号与本地导频序列进行时域相关，获取第二D2DUE的设备发现信号到达第一D2DUE的时间，并解析在发现子帧接收的设备发现信号的设备信息OFDM符号，获取第二D2DUE的设备信息，实现第一D2DUE对第二D2DUE的设备发现。
本发明实施例与现有技术相比，有益效果在于：通过LTE蜂窝通信系统，第一D2DUE获取自身的定时信息，根据所述定时信息，在发现子帧接收第二D2DUE在发现子帧发送的设备发现信号，并根据所述接收的发现信号，获取第二D2DUE的设备发现信号到达第一D2DUE的时间，及第二设备的设备信息，从而实现在LTE蜂窝网络系统中实现D2D通信，由于在同步通信系统中，D2DUE可能在每个发现子帧发送设备发现信号或监听其它设备发送的设备发现信号，当在同一个发现子帧，两个D2DUE一个发送并且另一个接收设备发现信号时，就可以实现设备发现，从而缩短了D2DUE之间发现的时间，使得一个D2DUE可以有效的发现其它的D2DUE，提高了系统效率，节省了D2DUE的功率，并且由于与LTE蜂窝网络系统兼容，有利于在蜂窝网络中实现D2D通信。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的基于LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现系统的网络部署示意图；
图2是本发明实施例一提供的基于LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现方法的实现的流程示意图；
图3是本发明实施例二提供的D2D通信网络的定时结构的示意图；
图4是本发明实施例四提供的用上行定时收发D2D设备发现信号的示意图；
图5是本发明实施例四提供的用下行定时收发D2D设备发现信号的示意图；
图6是本发明实施例五提供的发现子帧的定时结构的示意图；
图7是本发明实施例五提供的设备发现信号的最大时间差示意图；
图8是本发明实施例五提供的设备发现信号的最大时延示意图；
图9是本发明实施例六提供的发现子帧的时频结构图；
图10是本发明实施例六提供的另一发现子帧的时频结构图；
图11是本发明实施例六提供的又一发现子帧的时频结构图；
图12是本发明实施例七提供的基于长期演进LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现装置的结构示意图；
图13是本发明实施例八提供的基于长期演进LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种基于长期演进LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现方法，所述方法包括：
通过LTE蜂窝通信系统，第一D2DUE获取自身的定时信息；
第一D2DUE根据所述定时信息，在发现子帧接收第二D2DUE通过发现子帧发送的设备发现信号，所述设备发现信号包括：导频正交频分复用OFDM符号和设备信息OFDM符号；
第一D2DUE通过将在发现子帧接收的设备发现信号的导频OFDM符号与本地导频序列进行时域相关，获取第二D2DUE的设备发现信号到达第一D2DUE的时间，并解析在发现子帧接收的设备发现信号的设备信息OFDM符号，获取第二D2DUE的设备信息，实现第一D2DUE对第二D2DUE的设备发现。
本发明实施例还提供了一种基于长期演进LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现装置，所述系统包括：
获取单元，用于通过LTE蜂窝通信系统，第一D2DUE获取自身的定时信息；
接收单元，用于第一D2DUE根据所述定时信息，在发现子帧接收第二D2DUE通过发现子帧发送的设备发现信号，所述设备发现信号包括：导频正交频分复用OFDM符号和设备信息OFDM符号；
发现单元，用于第一D2DUE通过将在发现子帧接收的设备发现信号的导频OFDM符号与本地导频序列进行时域相关，获取第二D2DUE的设备发现信号到达第一D2DUE的时间，并解析在发现子帧接收的设备发现信号的设备信息OFDM符号，获取第二D2DUE的设备信息，实现第一D2DUE对第二D2DUE的设备发现。以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述：
实施例一
图1示出了本发明实施例一提供的基于LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现系统的网络部署示意图，所述系统包括多个D2DUE，所述D2DUE设备间基于LTE蜂窝通信系统实现设备发现的过程如下：每个D2DUE通过LTE蜂窝系统获取自己的定时，在发现子帧发送设备发现信号，并在发现子帧接收其它D2DUE的设备发现信号，所述设备发现信号包括导频OFDM符号和设备信息OFDM符号，从而完成D2DUE间的设备发现，并获取相邻D2DUE的基本信息和定时，从而实现D2DUE设备间的相互发现。以第一D2DUE11和第二D2DUE12为例，第一D2DUE11和第二D2DUE12基于LTE蜂窝通信系统实现设备发现的过程如下：第一D2DUE以自己的上行定时（或下行定时），在发现子帧发送设备发现信号，第二D2DUE设备以自己的上行定时（或下行定时），在发现子帧接收第一D2DUE的发送的设备发现信号，第二D2DUE根据所述第一D2DUE的导频OFDM符号和设备信息OFDM符号，进行时域相关，获取第一D2DUE发送的设备发现信号到第二D2DUE的时间，并通过解析得到第一D2DUE的设备信息，从而第二D2DUE完成对第一D2DUE的发现，同理，第一D2DUE可以对第二D2DUE进行发现，以下通过实施例进行说明：
图2示出了本发明实施例一提供的基于LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现方法的实现的流程图，详述如下：
在S201中，通过LTE蜂窝通信系统，第一D2DUE获取自身的定时信息；
本实施例中，D2DUE可以通过小区的同步信息获取自身的定时信息，所述定时信息为信号发送或者接收的时间。
在S202中，第一D2DUE根据所述定时信息，在发现子帧接收第二D2DUE通过发现子帧发送的设备发现信号，所述设备发现信号包括：导频OFDM符号和设备信息OFDM符号；
本实施例中，第一D2DUE根据所述定时信息，按照定时结构，在发现子帧接收第二D2DUE通过发现子帧发送的设备发现信号，定时结构包括发现子帧。
本实施例中，设备发现信号包括：设备信息OFDM符号和导频OFDM符号，设备信息OFDM符号用于承载设备的自身的基本信息，如设备ID、设备类型等；导频OFDM符号用于同步和信道估计。
在S203中，第一D2DUE通过将在发现子帧接收的设备发现信号的导频OFDM符号与本地导频序列进行时域相关，获取第二D2DUE的设备发现信号到达第一D2DUE的时间，并解析在发现子帧接收的设备发现信号的设备信息OFDM符号，获取第二D2DUE的设备信息，实现完成对第二D2DUE的设备发现。
本实施例中，第一D2DUE和第二D2DUE可以长期处于睡眠状态，只需在发送或者接收设备发现信号时醒来，实现有效的节省D2DUE的功率。
本实施例中，通过获取的第二D2DUE的设备发现信号到达第一D2DUE的时间，及第二设备的设备信息，计算向第二D2DUE发送信号的发送时间，从而为D2DUE之间的进一步的寻呼和通信提供条件。
本实施例中，通过LTE蜂窝通信系统，第一D2DUE获取自身的定时信息，根据所述定时信息，在发现子帧接收第二D2DUE发送的设备发现信号，并根据在所述发现子帧接收的设备发现信号，获取的第二D2DUE的设备发现信号到达第一D2DUE的时间，及第二设备的设备信息，从而实现在LTE蜂窝网络系统中实现D2D通信，由于在同步通信系统中，D2DUE可能在每个发现子帧发送设备发现信号或监听其它设备发送的设备发现信号，当在同一个发现子帧，两个D2DUE一个发送并且另一个接收设备发现信号时，就可以实现设备发现，从而缩短了D2DUE之间发现的时间，使得一个D2DUE可以有效的发现其它的D2DUE，提高了系统效率，节省了D2DUE的功率，并且由于与LTE蜂窝网络系统兼容，有利于在蜂窝网络中实现D2D通信。
实施例二
本实施例中，在D2D设备发现过程中，D2D通信网络定时结构可以采用类似于LTE蜂窝网的定时结构，如图3所示，与LTE的定时结构相似，每个子帧长度为1ms，由2个0.5毫秒的时隙组成，每个时隙由6个（扩展循环前缀（cyclicprefix，CP））或者7（普通CP）个OFDM符号组成。每10个子帧组成一个10ms的无线帧。每个子帧根据用途大体分为三种：发现子帧、寻呼子帧和通信子帧。
本实施例中，发现子帧主要用于做设备发现，它承载了导频，设备标识、设备类型、及设备提供的服务等信息，每个D2DUE通过发现子帧发现其它的相邻D2DUE及其设备信息，为进一步D2D通信提够条件。
其中，并不一定是每个无线帧都包含发现子帧，如图3所示，每隔T个无线帧，有一个无线帧包含发现子帧，T=1，...,t，其中t的取值要考虑UE的节电和小区内蜂窝UE和D2DUE的负载情况确定，当D2DUE较多时，可以增大t值，当D2DUE较少时，可以减小t值，另外t值可以由演进型基站(evolvedNodeB，eNB)通过广播的方式进行动态或半静态配置通知所有的D2DUE。
本实施例中，为避免蜂窝通信与D2D通信间的干扰，蜂窝资源调度中心(基站)可以进一步的不在发现子帧位置调度蜂窝通信。
本实施例中，所述发现子帧包括多个OFDM符号，例如，所述发现子帧可以包括12个OFDM符号或者14个OFDM符号，具体为导频OFDM符号和设备信息OFDM符号，所述OFDM符号在频域上划分为M个频率资源单元，M为大于等于1的整数，每个频率资源单元包括若干个子载波；进一步的，每个OFDM符号的一个或者多个频率资源单元作为设备发现资源单元，每个D2DUE选择一个或多个所述设备发现资源单元作为自身的设备发现信号的载体，具体的，则每个D2DUE在发现子帧的若干个设备发现资源单元上发送设备发现信号，每个D2DUE在发现子帧的全部设备发现资源单元上接收其它D2DUE的设备发现信号。
另外，寻呼子帧主要用于D2DUE间的直接寻呼，主要用于承载寻呼目的UE的设备标识，进一步也可以承载寻呼源通信设备标识，用于寻呼目的UE确认寻呼源以发送寻呼响应信息，还可以承载通信子帧的通信的频率资源及功率等信息，以帮助寻呼源和寻呼目的UE通信双方建立通信链路，为实现下一步的数据传输提供保障。寻呼子帧是紧跟在发现子帧后面的，这主要是基于两点考虑：第一，这样做可以提高通信的效率，当UE在发现子帧发现想要通信的UE后，就可以立即寻呼该UE，建立通信链路开始通信，而不必再等很长时间，等到寻呼子帧后再进行寻呼，从而减少时延，提高通信质量；第二、有利于UE节电的考虑，避免UE频繁被唤醒。
通信子帧是数量最多的子帧，主要用于数据传输。这样可以大大提高D2D的数据传输速率。
实施例三
本发明实施例提供的基于LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现方法中，还可以包括：第一D2DUE根据所述定时信息，在发现子帧发送设备发现信号至第二D2DUE，以使第二D2DUE在发现子帧接收第一D2DUE发送的设备发现信号，并将在发现子帧接收的设备发现信号的导频OFDM符号与本地导频序列进行时域相关，获取第一D2DUE的设备发现信号到达第二D2DUE的时间，并解析在发现子帧接收的设备发现信号的设备信息OFDM符号，获取第一D2DUE的设备信息，以使第二D2DUE实现对第一D2DUE的设备发现。该步骤可以在第一D2DUE对第二D2DUE的设备发现之前，也可以在第一D2DUE对第二D2DUE的设备发现之后。
本实施例中，第一D2DUE根据所述定时信息，通过在发现子帧发送设备发现信号至第二D2DUE，以使第二D2DUE根据所述第一D2DUE发送的设备发现信号，发现第一D2DUE的设备，该过程缩短了D2DUE之间发现的时间，使得D2DUE可以有效的发现其它的D2DUE，提高了系统效率，节省了D2DUE的功率。
实施例四
本实施例中，定时信息为上行定时或者下行定时，则
第一实施例中的第一D2DUE根据所述定时信息，在发现子帧接收第二D2DUE通过发现子帧发送的设备发现信号具体为：第一D2DUE通过在自身的上行定时或者下行定时，在发现子帧接收第二D2DUE发送的设备发现信号。
第三实施例中的第一D2DUE根据所述定时信息，在发现子帧发送设备发现信号至第二D2DUE具体为：第一D2DUE通过在自身的上行定时或者下行定时，在发现子帧发送设备发现信号至第二D2DUE。
以下对第一D2DUE通过在自身的上行定时或者下行定时，在发现子帧接收第二D2DUE发送的设备发现信号和第一D2DUE通过在自身的上行定时或者下行定时，在发现子帧发送设备发现信号至第二D2DUE的实现原理进行说明：
第一D2DUE通过在自身的上行定时，在发现子帧接收第二D2DUE发送的设备发现信号；及第一D2DUE通过在自身的上行定时，在发现子帧发送设备发现信号至第二D2DUE的情况，请参阅图4为用上行定时收发D2D设备发现信号的示意图，左图为D2DUE间的定时关系，右图为D2DUE间的位置关系，假设D2D_UE1为发送设备发现信号的D2DUE；D2D_UE2接收其它D2DUE设备发现信号的D2DUE。D2D_UE1以自己的上行定时T1发送设备发现信号；同时D2D_UE2以自己的上行定时T2接收D2D_UE1的设备发现信号，D2D_UE1的设备发现信号在T1'时刻到达D2D_UE2，如图4左图所示，其中TB为eNB定时。因为ΔT=T2-T1=(TB-T1)-(TB-T2)，其中TB-T1可以作为D2D_UE1与eNB之间的距离，TB-T2可以作为D2D_UE2与eNB之间的距离，同理T1′-T1可以作为D2D_UE1与D2D_UE2之间的距离。再根据D2D_UE1、D2D_UE2与eNB的位置关系可知(TB-T1)-(TB-T2)≤T1'-T1，可以得到D2D_UE1的设备发现信号到达D2D_UE2的时间一定在D2D_UE2接收其它D2DUE设备发现信号的时刻T2之后，这样就可以完全接收其它D2DUE的设备发现信号，而且可以有效的避免不同D2DUE发现子帧信号间的干扰以及对其它蜂窝UE上行信号的干扰。
第一D2DUE通过在自身的下行定时，在发现子帧接收第二D2DUE发送的设备发现信号；及第一D2DUE通过在自身的下行定时，在发现子帧发送设备发现信号至第二D2DUE的，请参阅图5为用下行定时收发D2D发现子帧信号的示意图，左图为D2DUE间的定时关系；右图为D2DUE间的位置关系，假设D2D_UE1为发送设备发现信号的D2DUE；D2D_UE2接收其它D2DUE设备发现信号的D2DUE。D2D_UE1以自己的下行定时T1发送设备发现信号；同时D2D_UE2以自己的下行定时T2接收D2D_UE1的设备-发现信号，D2D_UE1的设备发现信号在T1'时刻到达D2D_UE2，如图5左图所示，其中TB为eNB定时。因为ΔT=T2-T1=(T2-TB)-(T1-TB)，其中T1-TB可以作为D2D_UE1与eNB之间的距离，T2-TB可以作为D2D_UE2与eNB之间的距离，同理T1′-T1可以作为D2D_UE1与D2D_UE2之间的距离。再根据D2D_UE1、D2D_UE2与eNB的位置关系可知(T2-TB)-(T1-TB)≤T1′-T1，可以得到D2D_UE1的设备发现信号到达D2D_UE2的时间一定在D2D_UE2接收其它D2DUE设备发现信号的时刻T2之后，这样就可以完全接收其它D2DUE的设备发现信号，而且可以有效的避免不同D2DUE设备发现信号间的干扰以及对其它蜂窝UE上行信号的干扰。
本实施例中，D2DUE在发现子帧的若干个设备发现资源单元上以自己的上行定时或下行定时发送设备发现信号，或者以自己的上行定时或下行定时接收其它D2DUE的设备发现信号，使得每个D2DUE发送或者接收设备发现信号时，可以将不同UE的设备发现信号在时域和频域分开，避免了D2DUE发现冲突，提高设备发现的成功率，并且提高了发现效率。
实施例五
本实施例中，所述发现子帧包括多个OFDM符号，每个OFDM符号包含一个循环前缀（CyclicPrefix，CP），所述CP长度可以采用以下方式：
1、在发现子帧中增加一个保护间隔（GardInterval，GI），所述GI位于所述发现子帧与所述发现子帧之后相邻的寻呼子帧之间，根据所述GI，确定发现子帧的CP长度；或者
2、所述发现子帧，及所述发现子帧之后相邻的寻呼子帧都采用普通CP；或者
3、所述发现子帧，及所述发现子帧之后相邻的寻呼子帧都采用扩展CP。
为了适应D2D设备发现场景下的需求，需要确定发现子帧信号的CP长度，并且根据CP长度确定设备发现距离，CP的长度和设备发现距离主要考虑两个方面的要求：
第一：多个发送设备发现信号的D2DUE的发现子帧信号到达同一个接收设备发现信号的D2DUE的最大时间差不能大于CP长度，以避免由于破坏不同D2DUE间载波正交性而引起的载波间干扰。
第二：发现子帧的最后一个OFDM符号的最大时延扩展不能干扰到其后的寻呼子帧信号的第一OFDM符号，以避免符号间干扰。
以下对上述三种CP长度确定的方法进行说明：
1、在发现子帧中增加一个保护间隔GI，所述GI位于所述发现子帧与所述发现子帧之后相邻的寻呼子帧之间，根据所述GI，确定发现子帧的CP长度，如图6所示为发现子帧的定时结构的示意图，通过在发现子帧与其后的寻呼子帧之间增加一个保护间隔（GI），此时，CP长度为15.625us，对于20M带宽为480个Ts，GI长度为12.5us，对于20M带宽为384个Ts。其后的寻呼子帧采用普通CP，采用这种帧格式时，最大设备发现距离为1.5625km。
首先，考虑第一个方面的要求，计算多个发送设备发现信号的D2DUE的设备发现信号到达同一个接收设备发现信号的D2DUE的最大时间差。如图7所示为设备发现信号的最大时间差示意图，左图为设备发现信号的定时关系，右图为D2DUE间的位置关系，D2D_UE1在其上行定时T1发送设备发现信号，D2D_UE2在其上行定时T2发送设备发现信号，D2D_UE3在其上行定时T3接收D2D_UE1和D2D_UE2的设备发现信号。D2D_UE3在T1'时刻接收到D2D_UE1的设备发现信号，在T′2时刻接收到D2D_UE2的设备发现信号，而D2D_UE2的设备发现信号延时扩展到T″2，即延迟扩展为Td=T″2-T′2，一般认为Td等于信号的传播时间。那么两个设备发现信号到达D2D_UE3的时间差为：
ΔT=|T″2-T′1|=|T′2+Td-T′1|=|(T2+T23)-(T1+T13)+Td|=|(T2-T1)+(T23-T13)+Td|
≤|T2-T1|+|T23-T13|+Td≤2T12+Td
可以看出，当且仅当(T2-T1)(T23-T13)>0且|T2-T1|=T12,|T23-T13|=T12时等号成立，其中T12为信号从D2D_UE1到达D2D_UE2的时刻，T23为信号从D2D_UE2到达D2D_UE3的时刻，T13为信号从D2D_UE1到达D2D_UE3的时刻。由以上分析可知，当D2D_UE1与D2D_UE3重合，D2D_UE2在D2D_UE1与eNB之间并成一条直线时D2D_UE1与D2D_UE2的设备发现信号到达D2D_UE3的时间差最大。此时Td=T12，最大时延差为ΔTmax=3T12。同时，为了避免发现子帧的符号间干扰和载波间干扰，必须要求发现子帧的CP的长度TCP，dis满足TCP，dis≥3T12。
下面考虑第二个方面的要求，计算发现子帧的时延扩展对其后的寻呼子帧的最大影响。如图8所示为设备发现信号的最大时延示意图，左图为设备发现信号的定时关系，右图为D2DUE间的位置关系，D2D_UE2在其上行定时T2发送设备发现信号，D2D_UE1在其上行定时T1接收D2D_UE2的设备发现信号。随后，D2D_UE1在T′2时刻接收到D2D_UE2的设备发现信号，D2D_UE2的设备发现信号延时扩展到T″2，即延迟扩展为Td＝T″2-T′2，一般认为Td等于信号的传播时间。那么D2D_UE2的设备发现信号到达D2D_UE1的延迟时间差为：
ΔT=|T′2-T1+Td|=|T2+T12-T1+Td|≤|T2-T1|+T12+Td≤2T12+Td
可见，当且仅当T2-T1＝T12时等号成立，其中：T12为信号从D2D_UE2到D2D_UE1的传输时间，此时Td=T12，最大延迟时间为ΔTmax=3T12。此时，为了避免发现子帧的最后一个OFDM符号对其后的寻呼子帧的第一个OFDM符号造成符号间干扰，在发现子帧与其后的寻呼子帧之间增加一个保护间隔，这个保护间隔的长度必须满足TGI+TCP，normal≥3T12，其中TCP，normal为普通CP的长度。由以上分析，可通过下面的方程组计算CP的长度，保护间隔的长度和最大的设备发现距离：
T CP , dis = 3 T 12 T GI + T CP , normal = 3 T 12 T cp , dis * 12 + T OFDM * 12 + T GI = T subframe
因此，计算出发现子帧的CP长度为15.78us，对于20M带宽为485个Ts；GI长度为10.55us，对于20M带宽为324个Ts。由于CP的采样点数最好为16的整数倍，因此可以将CP长度定为15.625us，对于20M带宽为480个Ts；GI长度为12.5us，对于20M带宽为384个Ts。最大设备发现距离为1.5625km。
2、所述发现子帧，及所述发现子帧之后相邻的寻呼子帧都采用普通CP（normalCP），普通CP长度为4.96us，20M带宽为144Ts，通过采用普通CP也能满足D2D设备发现的两方面要求，具体可以参照方法1中的方式进行推理，在此不再赘述，此时，设备发现的最远距离为469m。
3、所述发现子帧，及所述发现子帧之后相邻的寻呼子帧都采用扩展CP（extendedCP），扩展CP长度为16.67us，20M带宽为512Ts，通过采用扩展CP也能满足D2D设备发现的两方面要求，具体可以参照方法1中的方式进行推理，在此不再赘述，此时设备发现的最远距离为1.66km。
值得说明的是，上述方法2和方法3中的普通CP和扩展CP为LTE通信系统中通常采用的两种CP长度，为本领域技术人员公知常识。
本实施例中，发现子帧采用合适长度的CP，例如可以在发现子帧和寻呼子帧之间增加保护间隔，实现可以有效的避免D2DUE间设备发现信号间的干扰。
实施例六
本实施例中，所述发现子帧包括多个OFDM符号，所述发现子帧的帧结构可以采用以下方式：在所述发现子帧中的多个OFDM符号中选择至少二个OFDM符号为一组，每一组中包含一个导频OFDM符号和至少一个设备信息OFDM符号，且当每一组中包含的OFDM符号的个数大于2时，所述导频OFDM符号位于每一组中的非边缘位置，其中，所述发现子帧的不同设备发现资源单元上的导频序列正交。
具体的，当所述发现子帧包括12个OFDM符号时，所述发现子帧的帧结构为：
发现子帧的12个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为导频OFDM符号，第二个符号为设备信息OFDM符号；或者
发现子帧的12个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为设备信息OFDM符号，第二个符号为导频OFDM符号；或者
发现子帧的12个OFDM符号每三个分为一组，每组的第一个符号和第三个符号为设备信息OFDM符号，第二个符号为导频OFDM符号；或者
发现子帧的12个OFDM符号每四个分为一组，每组的第二个符号为导频OFDM符号，第一个符号、第三个符号和第四个符号为设备信息OFDM符号；或者
发现子帧的12个OFDM符号每四个分为一组，每组的第三个符号为导频OFDM符号，第一个符号、第二个符号和第四个符号为设备信息OFDM符号；
为了便于理解，以下通过实现示例说明发现子帧的时频资源结构设计：
如图9所示为发现子帧信号的时频结构图，发现子帧的每个OFDM符号在频域上被分成多个设备发现资源单元，发现子帧的12个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为导频OFDM符号，第二个符号为设备信息OFDM符号，导频OFDM符号与设备信息OFDM符号间隔分布。导频OFDM符号主要用来同步和信道估计，设备信息OFDM符号主要承载设备的基本信息（设备ID等）。每个D2DUE在1组或几组的导频OFDM符号与设备信息OFDM符号上选择1个或几个设备发现资源单元发送导频和设备信息。
如图10所示为另一发现子帧信号的时频结构图，发现子帧的12个OFDM符号每三个分为一组，每组的第一个符号和第三个符号为设备信息OFDM符号，第二个符号为导频OFDM符号。
如图11所示为又一发现子帧信号的时频结构图，发现子帧的12个OFDM符号每四个分为一组，每组的第二个符号为导频OFDM符号，第一个符号、第三个符号和第四个符号为设备信息OFDM符号
同理，当所述发现子帧包括14个OFDM符号时，所述发现子帧的帧结构为：
发现子帧的14个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为导频OFDM符号，第二个符号为设备信息OFDM符号；或者
发现子帧的14个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为设备信息OFDM符号，第二个符号为导频OFDM符号；或者
发现子帧的14个OFDM符号每七个分为一组，每组的第二个符号至第六个符号任选一个符号为导频OFDM符号，其它的六个OFDM符号为设备信息OFDM符号。
实施例七
图12示出了本发明实施例七提供的基于长期演进LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
该D2D设备发现装置可以包括：获取单元121、接收单元122和发现单元123。
获取单元121，用于通过LTE蜂窝通信系统，第一D2DUE获取自身的定时信息；
接收单元122，用于第一D2DUE根据所述定时信息，在发现子帧接收第二D2DUE通过发现子帧发送的设备发现信号，所述设备发现信号包括：导频正交频分复用OFDM符号和设备信息OFDM符号；
发现单元123，用于第一D2DUE通过将在发现子帧接收的设备发现信号的导频OFDM符号与本地导频序列进行时域相关，获取第二D2DUE的设备发现信号到达第一D2DUE的时间，并解析在发现子帧接收的设备发现信号的设备信息OFDM符号，获取第二D2DUE的设备信息，实现第一D2DUE对第二D2DUE的设备发现。
本实施例中，发现子帧信号的每个OFDM符号在频域上划分为M个频率资源单元；每个OFDM符号的一个或多个频率资源单元作为设备发现资源单元，每个D2DUE选择一个或多个所述设备发现资源单元作为自身的设备发现信号的载体。
本发明实施例提供的基于长期演进LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现装置可以使用在前述对应的方法实施例一、二中，详情参见上述实施例一、二的描述，在此不再赘述。
实施例八
对于上述实施例七所述基于长期演进LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现装置还包括发送单元，请参阅图13示出了本发明实施例八提供的基于长期演进LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现装置的结构图：所述系统包括：获取单元131、接收单元132、发现单元133和发送单元134。
本发明与实施例七的区别在于：
发送单元134，用于第一D2DUE根据所述定时信息，在发现子帧发送设备发现信号至第二D2DUE，以使第二D2DUE在发现子帧接收第一D2DUE发送的设备发现信号，并将在发现子帧接收的设备发现信号的导频OFDM符号与本地导频序列进行时域相关，获取第一D2DUE的设备发现信号到达第二D2DUE的时间，并解析在发现子帧接收的设备发现信号的设备信息OFDM符号，获取第一D2DUE的设备信息，以使第二D2DUE实现对第一D2DUE的设备发现。
可选的，当所述定时信息为上行定时或者下行定时，所述接收单元132，具体用于第一D2DUE通过在自身的上行定时或者下行定时，在发现子帧接收第二D2DUE发送的设备发现信号；
所述发送单元134，具体用于第一D2DUE通过在自身的上行定时或者下行定时，在发现子帧发送设备发现信号至第二D2DUE。
本发明实施例提供的基于长期演进LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现装置可以使用在前述对应的方法实施例三、四中，详情参见上述实施例三、四的描述，在此不再赘述。
实施例九
本实施例中，所述发现子帧包括多个OFDM符号，每个OFDM符号包括一个CP，所述CP长度具体为：
在发现子帧中增加一个保护间隔GI，所述GI位于所述发现子帧与所述发现子帧之后相邻的寻呼子帧之间，根据所述GI，确定发现子帧的CP长度；或者
所述发现子帧，及所述发现子帧之后相邻的寻呼子帧都采用普通CP；或者
所述发现子帧，及所述发现子帧之后相邻的寻呼子帧都采用扩展CP。
本发明实施例提供的CP的结构具体可以使用在前述对应的方法实施例五中，详情参见上述实施例五的描述，在此不再赘述。
实施例十
所述发现子帧包括多个OFDM符号，所述发现子帧的帧结构为：
在所述发现子帧中的多个OFDM符号中选择至少二个OFDM符号为一组，每一组中包含一个导频OFDM符号和至少一个设备信息OFDM符号，且当每一组中包含的OFDM符号的个数大于2时，所述导频OFDM符号位于每一组中的非边缘位置；
其中，所述发现子帧的每个OFDM上的不同设备发现资源单元上的导频序列正交。
可选的，当所述发现子帧包括12个OFDM符号时，所述发现子帧的帧结构为：
发现子帧的12个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为导频OFDM符号，第二个符号为设备信息OFDM符号；或者
发现子帧的12个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为设备信息OFDM符号，第二个符号为导频OFDM符号；或者
发现子帧的12个OFDM符号每三个分为一组，每组的第一个符号和第三个符号为设备信息OFDM符号，第二个符号为导频OFDM符号；或者
发现子帧的12个OFDM符号每四个分为一组，每组的第二个符号为导频OFDM符号，第一个符号、第三个符号和第四个符号为设备信息OFDM符号；或者
发现子帧的12个OFDM符号每四个分为一组，每组的第三个符号为导频OFDM符号，第一个符号、第二个符号和第四个符号为设备信息OFDM符号；
当所述发现子帧包括14个OFDM符号时，所述发现子帧的帧结构为：
发现子帧的14个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为导频OFDM符号，第二个符号为设备信息OFDM符号；或者
发现子帧的14个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为设备信息OFDM符号，第二个符号为导频OFDM符号；或者
发现子帧的14个OFDM符号每七个分为一组，每组的第二个符号至第六个符号任选一个符号为导频OFDM符号，其它的六个OFDM符号为设备信息OFDM符号。
本发明实施例提供的发现子帧的结构具体可以使用在前述对应的方法实施例六中，详情参见上述实施例六的描述，在此不再赘述。
本说明书中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例中描述的实现过程可以应用于其它实施例中。尤其，对于装置实施例而言，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、随机存取存储器（RandomAccessMemory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种基于长期演进LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现方法，其特征在于，所述方法包括：
通过LTE蜂窝通信系统，第一D2D用户设备UE获取自身的定时信息；
第一D2DUE根据所述定时信息，在发现子帧接收第二D2DUE通过发现子帧发送的设备发现信号，所述设备发现信号包括：导频正交频分复用OFDM符号和设备信息OFDM符号；
第一D2DUE通过将在发现子帧接收的设备发现信号的导频OFDM符号与本地导频序列进行时域相关，获取第二D2DUE的设备发现信号到达第一D2DUE的时间，并解析在发现子帧接收的设备发现信号的设备信息OFDM符号，获取第二D2DUE的设备信息，实现第一D2DUE对第二D2DUE的设备发现。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发现子帧包括多个OFDM符号，所述OFDM符号在频域上划分为M个频率资源单元，M为大于等于1的整数；
每个OFDM符号的一个或多个频率资源单元作为设备发现资源单元，每个D2DUE选择一个或多个所述设备发现资源单元作为自身的设备发现信号的载体。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述定时信息为上行定时或者下行定时，所述第一D2DUE根据所述定时信息，在发现子帧接收第二D2DUE通过发现子帧发送的设备发现信号具体为：
第一D2DUE通过在自身的上行定时或者下行定时，在发现子帧接收第二D2DUE发送的设备发现信号。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述发现子帧包括多个OFDM符号，所述OFDM符号包括一个循环前缀CP，所述CP长度具体为：
在发现子帧中增加一个保护间隔GI，所述GI位于所述发现子帧与所述发现子帧之后相邻的寻呼子帧之间，根据所述GI，确定发现子帧的CP长度；或者
所述发现子帧，及所述发现子帧之后相邻的寻呼子帧都采用普通CP；或者
所述发现子帧，及所述发现子帧之后相邻的寻呼子帧都采用扩展CP。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述发现子帧包括多个OFDM符号，所述发现子帧的帧结构为：
在所述发现子帧中的多个OFDM符号中选择至少二个OFDM符号为一组，每一组中包含一个导频OFDM符号和至少一个设备信息OFDM符号，且当每一组中包含的OFDM符号的个数大于2时，所述导频OFDM符号位于每一组中的非边缘位置。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述发现子帧包括12个OFDM符号时，所述发现子帧的帧结构为：
发现子帧的12个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为导频OFDM符号，第二个符号为设备信息OFDM符号；或者，
发现子帧的12个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为设备信息OFDM符号，第二个符号为导频OFDM符号；或者，
发现子帧的12个OFDM符号每三个分为一组，每组的第一个符号和第三个符号为设备信息OFDM符号，第二个符号为导频OFDM符号；或者，
发现子帧的12个OFDM符号每四个分为一组，每组的第二个符号为导频OFDM符号，第一个符号、第三个符号和第四个符号为设备信息OFDM符号；或者，
发现子帧的12个OFDM符号每四个分为一组，每组的第三个符号为导频OFDM符号，第一个符号、第二个符号和第四个符号为设备信息OFDM符号；
当所述发现子帧包括14个OFDM符号时，所述发现子帧的帧结构为：
发现子帧的14个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为导频OFDM符号，第二个符号为设备信息OFDM符号；或者，
发现子帧的14个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为设备信息OFDM符号，第二个符号为导频OFDM符号；或者，
发现子帧的14个OFDM符号每七个分为一组，每组的第二个符号至第六个符号任选一个符号为导频OFDM符号，其它的六个OFDM符号为设备信息OFDM符号。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
第一D2DUE根据所述定时信息，在发现子帧发送设备发现信号至第二D2DUE，以使第二D2DUE在发现子帧接收第一D2DUE发送的设备发现信号，并将在发现子帧接收的设备发现信号的导频OFDM符号与本地导频序列进行时域相关，获取第一D2DUE的设备发现信号到达第二D2DUE的时间，并解析在发现子帧接收的设备发现信号的设备信息OFDM符号，获取第一D2DUE的设备信息，以使第二D2DUE实现对第一D2DUE的设备发现。
8.如权利要求7述的方法，其特征在于，所述定时信息为上行定时或者下行定时，所述第一D2DUE根据所述定时信息，在发现子帧发送设备发现信号至第二D2DUE具体为：
第一D2DUE通过在自身的上行定时或者下行定时，在发现子帧发送设备发现信号至第二D2DUE。
9.一种基于长期演进LTE蜂窝通信系统的D2D设备发现装置，其特征在于，所述系统包括：
获取单元，用于通过LTE蜂窝通信系统，第一D2DUE获取自身的定时信息；
接收单元，用于第一D2DUE根据所述定时信息，在发现子帧接收第二D2DUE通过发现子帧发送的设备发现信号，所述设备发现信号包括：导频正交频分复用OFDM符号和设备信息OFDM符号；
发现单元，用于第一D2DUE通过将在发现子帧接收的设备发现信号的导频OFDM符号与本地导频序列进行时域相关，获取第二D2DUE的设备发现信号到达第一D2DUE的时间，并解析在发现子帧接收的设备发现信号的设备信息OFDM符号，获取第二D2DUE的设备信息，实现第一D2DUE对第二D2DUE的设备发现。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述发现子帧包括多个OFDM符号，所述OFDM符号在频域上划分为M个频率资源单元，M为大于等于1的整数；
每个OFDM符号的一个或多个频率资源单元作为设备发现资源单元，每个D2DUE选择一个或多个所述设备发现资源单元作为自身的设备发现信号的载体。
11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述定时信息为上行定时或者下行定时，所述接收单元，具体用于第一D2DUE通过在自身的上行定时或者下行定时，在发现子帧接收第二D2DUE发送的设备发现信号。
12.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述发现子帧包括多个OFDM符号，所述OFDM符号包括一个循环前缀CP，所述CP长度具体为：
在发现子帧中增加一个保护间隔GI，所述GI位于所述发现子帧与所述发现子帧之后相邻的寻呼子帧之间，根据所述GI，确定发现子帧的CP长度；或者
所述发现子帧，及所述发现子帧之后相邻的寻呼子帧都采用普通CP；或者
所述发现子帧，及所述发现子帧之后相邻的寻呼子帧都采用扩展CP。
13.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述发现子帧包括多个OFDM符号，所述发现子帧的帧结构为：
在所述发现子帧中的多个OFDM符号中选择至少二个OFDM符号为一组，每一组中包含一个导频OFDM符号和至少一个设备信息OFDM符号，且当每一组中包含的OFDM符号的个数大于2时，所述导频OFDM符号位于每一组中的非边缘位置。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，当所述发现子帧包括12个OFDM符号时，所述发现子帧的帧结构为：
发现子帧的12个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为导频OFDM符号，第二个符号为设备信息OFDM符号；或者，
发现子帧的12个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为设备信息OFDM符号，第二个符号为导频OFDM符号；或者，
发现子帧的12个OFDM符号每三个分为一组，每组的第一个符号和第三个符号为设备信息OFDM符号，第二个符号为导频OFDM符号；或者，
发现子帧的12个OFDM符号每四个分为一组，每组的第二个符号为导频OFDM符号，第一个符号、第三个符号和第四个符号为设备信息OFDM符号；或者，
发现子帧的12个OFDM符号每四个分为一组，每组的第三个符号为导频OFDM符号，第一个符号、第二个符号和第四个符号为设备信息OFDM符号；
当所述发现子帧包括14个OFDM符号时，所述发现子帧的帧结构为：
发现子帧的14个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为导频OFDM符号，第二个符号为设备信息OFDM符号；或者，
发现子帧的14个OFDM符号每两个分为一组，每组的第一个符号为设备信息OFDM符号，第二个符号为导频OFDM符号；或者，
发现子帧的14个OFDM符号每七个分为一组，每组的第二个符号至第六个符号任选一个符号为导频OFDM符号，其它的六个OFDM符号为设备信息OFDM符号。
15.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：发送单元，用于第一D2DUE根据所述定时信息，在发现子帧发送设备发现信号至第二D2DUE，以使第二D2DUE在发现子帧接收第一D2DUE发送的设备发现信号，并将在发现子帧接收的设备发现信号的导频OFDM符号与本地导频序列进行时域相关，获取第一D2DUE的设备发现信号到达第二D2DUE的时间，并解析在发现子帧接收的设备发现信号的设备信息OFDM符号，获取第一D2DUE的设备信息，以使第二D2DUE实现对第一D2DUE的设备发现。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述定时信息为上行定时或者下行定时，所述发送单元，具体用于第一D2DUE通过在自身的上行定时或者下行定时，在发现子帧发送设备发现信号至第二D2DUE。
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