CN103517343A

CN103517343A - 工作在ism频段的d2d通信系统的资源预调度方法

Info

Publication number: CN103517343A
Application number: CN201210206040.2A
Authority: CN
Inventors: 周斌; 徐景; 郦振虹; 王海峰; 高春艳
Original assignee: Shanghai Research Center for Wireless Communications
Current assignee: Shanghai Research Center for Wireless Communications
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2014-01-15

Abstract

本发明提供一种工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法，该方法包括：步骤一，蜂窝网络中的中心控制节点确定每次成功抢占到ISM频段信道后D2D通信可用的时频资源总量；步骤二，中心控制节点下辖的每一个D2D通信对在发起D2D通信前，向自身所属的中心控制节点汇报自身占用资源需求；中心控制节点根据需求计算出为该D2D通信对调度的时频资源量；步骤三，中心控制节点对下辖的所有D2D通信对进行分组，并对组内每个D2D通信对进行资源预调度，确保每组内的所有D2D通信对被调度到的时频资源量的总和不大于时频资源总量。本发明实现了成功竞争到WLAN信道的D2D通信对与其它D2D通信对进行资源共享和有序的资源竞争和信道占用，避免了组内和组间的资源竞争。

Description

工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种资源调度方法，特别涉及一种工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法。

背景技术

当前的蜂窝移动通信系统是一种基于预设基础设施的集中式通信网络，系统中的移动终端不允许进行点到点直接通信，终端间通信需要经过有线骨干网或中心控制节点的路由转发。与这种集中式控制的通信方式不同，D2D（Device to Device）通信是一种新颖的应用于蜂窝系统中的终端间直接通信的技术，它允许移动终端在蜂窝系统的控制下使用蜂窝系统授权频段进行点到点通信。由于具有降低终端发射功率、延长电池使用时间、增强多播和广播传输速率、提高系统频谱效率等诸多优势，D2D通信逐渐成为无线通信领域的研究热点。近年来，随着频谱资源的日趋紧张，能够工作在共享频段（例如ISM（Industrial Scientific Medical）频段）的基于LTE标准的通信技术受到越来越广泛的重视。在ISM频段使用LTE通信技术，可以带来如下好处：1）为基于LTE技术的未来通信系统提供新的市场；2）为蜂窝通信系统提供额外的容量；3）产生新的应用和通信解决方案（例如，使用LTE技术的无线D2D通信）。综上所述，尽管当前的LTE D2D通信通常被假设为需要占用蜂窝系统的授权频段来保障可控的干扰环境及传输质量，但是，仍然有必要认真研究工作在ISM频段的D2D通信，因为这将是一种更低廉、更高效、更有市场前景的新型传输技术。

为了使LTE D2D系统能够工作在ISM频段，主要的挑战来自于LTE D2D系统和基于IEEE802.11系列标准的WLAN系统的共存问题。由于使用ISM频段的WLAN系统目前已经被广泛部署，因此LTE D2D系统极有可能会与某个WLAN系统同时部署在某个相同区域并且竞争使用同一频率资源，从而导致强烈的系统间干扰。虽然IEEE 802.11系列标准所定义的媒体接入机制（例如CSMA/CA机制）能够有效的协调和管理众多WLAN用户对无线信道的使用，不产生严重的系统内干扰；但是，LTE D2D系统和WLAN系统之间并不存在任何的协调机制。具体而言，对于任何一个ISM频段的无线信道，LTE D2D用户无法提前获知该信道何时被WLAN系统占用以及何时被释放，从而导致不可避免的数据包碰撞和吞吐量下降。此外，现有的LTE标准是为工作在授权频段的通信系统而设计的，从未考虑过可能存在严重的系统间干扰；因此，为了使LTE D2D通信系统能够高效的工作在ISM频段，需要对现有LTE系统中的无线资源管理方案（例如：资源调度和信道占用的方式）进行优化以及重新设计。

目前，工作在2.4GHz ISM频段的WLAN标准主要包括：802.11b、802.11g和802.11n。这些标准都使用相同的ISM频段信道划分方案（Channelization Scheme）。该信道划分方案由美国联邦通信委员会（FCC）和欧洲电信标准协会(ETSI)定义，仅针对WLAN/Wi-Fi应用。如图1所示，整个ISM频段被划分为14个WLAN信道，每个信道带宽为22MHz，信道中心频率的最小间隔为5MHz，整个ISM频段最多同时支持3个非重叠的WLAN信道。北美地区允许使用前11个信道，欧洲地区允许使用前13个信道。如果LTE D2D终端采用与WLAN系统相同的CSMA/CA方式来竞争和使用ISM的无线信道，会产生以下三个方面的问题：

1、LTE终端之间的D2D信道通常具有较高的信道质量，能够支持如64QAM和5/6码率之类的高速率信息传输；因此，对于任意一对有D2D通信需求的LTE终端对(以下简称为：D2D通信对)而言，独自占用ISM频段上一个带宽为22MHz的WLAN信道进行D2D通信过于浪费。为了提高ISM频段的频谱利用率，同时支持更多对LTE终端间的D2D通信，有必要让成功竞争到WLAN信道的D2D通信对与其它没有竞争到信道的D2D通信对进行资源共享。目前，没有已经公开的方案可以很好的解决这一问题。

2、如果每个LTE终端一旦有D2D通信需求就立即“自发的”执行CSMA/CA协议来竞争ISM频段的信道，多个D2D通信对之间会形成竞争关系；随着有D2D通信需求的LTE终端数目的增加，这种“无序的”竞争会带来频繁的数据包碰撞（包括D2D通信对之间的碰撞和D2D通信对与WLAN用户之间的碰撞），从而导致ISM频段的频谱利用率急剧下降。为此，有必要使LTE D2D通信对在某个中心控制节点的调度下，有序的进行资源竞争和信道占用。目前，没有已经公开的方案可以很好的解决这一问题。

3、在很多热点地区，蜂窝通信系统用户（即LTE终端）的密度（即单位面积上的用户数）有可能会远大于WLAN系统用户的密度。如果每个D2D通信对都直接参与到ISM频段信道的竞争，会大幅度的降低WLAN用户接入信道的概率，导致LTE D2D系统和WLAN系统之间的竞争出现不公平性（LTE D2D更有利）。为此，需要适当控制或减少参与信道竞争的D2D通信对数目，以确保系统间竞争的公平性。目前，没有已经公开的方案可以很好的解决这一问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法，用于提高ISM频段上D2D通信传输的效率。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法。

一种工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法，该方法包括：

步骤一，蜂窝网络中的中心控制节点确定每次成功抢占到ISM频段信道后D2D通信可用的时频资源总量；

步骤二，中心控制节点下辖的每一个D2D通信对在发起D2D通信前，向自身所属的中心控制节点汇报自身占用资源需求；中心控制节点根据所述需求计算出为该D2D通信对调度的时频资源量；

步骤三，中心控制节点对下辖的所有D2D通信对进行分组，并对组内每个D2D通信对进行资源预调度，确保每组内的所有D2D通信对被调度到的时频资源量的总和不大于所述时频资源总量。

优选地，步骤三中，所述中心控制节点在每一组中指定一个D2D通信对作为该组的代表去竞争ISM频段的信道，被指定的D2D通信对即为该组的竞争代表。

优选地，若所述D2D通信系统的LTE D2D终端在一次载波监听中只能感知一个WLAN信道是否空闲，则在步骤三中，中心控制节点采用信道监听顺序竞争策略对组内每个D2D通信对进行资源预调度，预调度的具体过程包括：

A1）中心控制节点为下辖的每组指定正交的信道监听顺序，即每组被指定一个信道监听顺序，且不同组对应的信道监听顺序是正交的；所述信道监听顺序由一组WLAN信道序号组成，表示竞争代表将依次监听的多个WLAN信道；

A2）在竞争ISM频段资源之前，中心控制节点告知自身下辖的每组内所有D2D通信对如下信息：1）组内竞争代表的发射终端地址和接收终端地址；2）资源预调度的结果；3）信道监听顺序；4）信道监听起始时间和针对一个WLAN信道的监听时长T_d；

A3）基于分组的信道监听和竞争流程被触发，该流程以一个分组为例描述如下，即步骤A31）至A34）所述的发射终端和接收终端为该组的作为竞争代表的D2D通信对中的发射终端和接收终端，所述的信道监听顺序均为指定给该组的信道监听顺序：

A31）在信道监听起始时间点，发射终端开始监听自身所属分组的信道监听顺序中的第一个WLAN信道，如果该信道忙碌，则转入步骤A33）；如果该信道空闲并且持续空闲DIFS时长，则所述发射终端在该信道上发送一个RTS帧，然后切换到接收模式；如果所述发射终端收到了来自D2D对内的接收终端的CTS帧，则转入步骤A32），否则转入步骤A33）；

在信道监听起始时间点，接收终端在自身所属分组被指定的信道监听顺序中的第一个WLAN信道上开始接收信号；如果没有接收到来自发射终端的RTS帧，或者所述第一个WLAN信道忙碌，则转入步骤A33）；如果接收到了来自发射终端的RTS帧，并且此时该WLAN信道空闲，则接收终端在该WLAN信道上发送一个CTS帧后转入步骤A32）；

从信道监听起始时间点开始，组内除作为竞争代表的D2D通信对之外的所有D2D通信对在信道监听顺序中的第一个WLAN信道上开始接收信号；如果在时长T_d内接收到了所述RTS帧和CTS帧，则转入步骤A32）；否则转入步骤A33）；

A32）自CTS帧传输结束后SIFS时长起，所述第一个WLAN信道被组内的全体D2D通信对使用；

A33）继续监听该组的信道监听顺序中的下一个WLAN信道；

A34）所述信道监听顺序中的所有WLAN信道均已监听过，没有空闲信道可用，则此时ISM频段上没有资源可供组中的D2D通信对使用；作为竞争代表的D2D通信对向中心控制节点汇报该情况后，流程终止。

优选地，若所述D2D通信系统的LTE D2D终端在一次载波监听中能够感知ISM频段上所有WLAN信道是否空闲，则在步骤三中，中心控制节点采用子集优先级序列竞争策略对组内每个D2D通信对进行资源预调度，预调度的具体过程包括：

B1）中心控制节点为下辖的每组指定正交的子集优先级序列，即每组被指定一个子集优先级序列，且不同组对应的子集优先级序列是正交的；所述子集优先级序列是由一组子集所组成的序列；将ISM频段上划分为多个正交的子频段，所述子集由包含在子频段内的所有WLAN信道的序号组成；

B2）在竞争ISM频段资源之前，中心控制节点告知自身下辖的每组内所有D2D通信对如下信息：1）组内竞争代表的发射终端地址和接收终端地址；2）资源预调度的结果；3）子集的定义以及子集优先级序列；4）信道监听起始时间和监听ISM频段上所有WLAN信道所需时长；

B3）基于分组的信道监听和竞争流程被触发，该流程以一个分组为例描述如下，即步骤B31）至B34）所述的发射终端和接收终端为该组的作为竞争代表的D2D通信对中的发射终端和接收终端，所述的子集优先级序列均为指定给该组的子集优先级序列：

B31）在信道监听起始时间点T_s，发射终端开始监听ISM频段，监听时长为T_ISM；

B32）发射终端在完成对ISM频段的信道监听后，如果在所述组被指定的子集优先级序列的最高优先级子集中不存在空闲的WLAN信道，则转入步骤B33）；如果在所述子集优先级序列的最高优先级子集中存在空闲的WLAN信道，则发射终端随机选择一个空闲的WLAN信道，并在所述空闲的WLAN信道上发送一个RTS帧，然后切换到接收模式；如果所述发射终端收到了来自自身所在D2D对内的接收终端的CTS帧，则转入步骤B34），否则转入步骤B33）；

在时间点T_s+T_ISM，所述接收终端在所述子集优先级序列的最高优先级子集中的所有WLAN信道上开始接收信号；如果没有接收到来自发射终端的RTS帧，或者在某个WLAN信道上收到RTS帧后该信道变为忙碌，则转入步骤B33）；如果在某个WLAN信道上接收到来自发射终端的RTS帧，且此时该信道空闲，则接收终端在该WLAN信道上发送一个CTS帧后转入步骤B34）；

在时间点T_s+T_ISM，组内除作为竞争代表的D2D通信对之外的所有D2D通信对在子集优先级序列的最高优先级子集中的所有WLAN信道上开始接收信号；如果在时长T_RTS+T_CTS+2T_SIFS内，在最高优先级子集中的某个WLAN信道上分别收到来自发射终端和接收终端的RTS帧和CTS帧，则转入步骤B34）；否则转入步骤B33）；T_RTS为传输一个RTS帧所需时长，T_CTS为传输一个CTS帧所需时长，T_SIFS为SIFS时长；

B33）将T_s更新为T_s+T_ISM+T_RTS+T_CTS+2T_SIFS+T，删除子集优先级序列中排位第一的子集，如果此时的子集优先级序列为非空序列，则返回步骤B31）；否则，向中心控制节点汇报该情况后，流程终止；

B34）由于在步骤B32）中作为竞争代表的D2D通信对已经在子集优先级序列中的最高优先级子集中的某个WLAN信道上成功完成了RTS帧和CTS帧的交互，因此该WLAN信道自CTS帧传输结束后SIFS时长起可以被该组中的全体D2D通信对使用。

优选地，所述RTS帧至少包含：作为竞争代表的D2D通信对的发射终端地址和接收终端地址，以及信道占用时长D_RTS；时长D_RTS等于传输一个CTS帧所需时间加上两个SIFS时长再加上时长T，其中时长T为D2D通信对在一次信道竞争中所能抢占的最长时长。

优选地，所述CTS帧至少包含：作为竞争代表的D2D通信对的发射终端地址和信道占用时长D_CTS；时长D_CTS等于一个SIFS时长再加上时长T，其中时长T为D2D通信对在一次信道竞争中所能抢占的最长时长。

如上所述，本发明所述的工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法，具有以下有益效果：

本发明实现了成功竞争到WLAN信道的D2D通信对与其它没有竞争到信道的D2D通信对进行资源共享；在中心控制节点的调度下实现了有序的资源竞争和信道占用；通过中心控制节点在每一组中指定一个D2D通信对作为该组的代表去竞争ISM频段的信道，避免了组内的资源竞争；采用“信道监听顺序”或“子集优先级序列”竞争策略，避免了同一中心控制节点下不同组之间的资源竞争，保证了系统间竞争的公平性。

附图说明

图1显示为传统的ISM频段划分方案示意图。

图2显示为LTE D2D通信系统与WLAN系统共存的通信场景示意图。

图3显示为本发明实现的LTE D2D通信系统资源预调度示意图。

图4显示为实施例一所述的基于信道监听顺序的信道竞争时序图。

图5显示为实施例二所述的基于子集优先级序列的信道竞争时序图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明公开了一种旨在提高ISM频段上D2D通信传输效率的分组信道监听和资源预调度方法，该方法通过D2D通信对分组、时频资源预调度以及基于“信道监听顺序”和“子集优先级序列”等信道竞争策略的应用，在确保竞争公平性的前提下有效提高了D2D通信的频谱利用率。本发明所述的“LTE D2D”特指采用3GPP LTE标准技术的D2D通信。

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。

实施例一

本实施例提供一种工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法，该方法应用于工作在ISM频段的LTE D2D通信中，包括：

步骤三，中心控制节点对下辖的所有D2D通信对进行分组，并对组内每个D2D通信对进行资源预调度，确保每组内的所有D2D通信对被调度到的时频资源量的总和不大于所述时频资源总量。所述中心控制节点在每一组中指定一个D2D通信对作为该组的代表去竞争ISM频段的信道，被指定的D2D通信对即为该组的竞争代表。

本发明中，蜂窝网络中的某个中心控制节点（例如：家庭基站）对其下辖的有D2D通信需求的LTE终端对（简称为D2D通信对）进行分组和资源预调度，包括以下特征：

（1）中心控制节点下辖的每一个D2D通信对，在发起D2D通信前，向中心控制节点汇报其占用资源需求；中心控制节点根据该需求计算出为该D2D通信对调度的时频资源量，记作C_i（i为D2D通信对序号）。

（2）中心控制节点决定每次成功抢占到ISM频段信道后D2D通信可用的时频资源总量，该时频资源总量等于资源块的带宽（记作BW）乘以时长（记作T），即BW×T。

（3）中心控制节点对下辖的所有D2D通信对进行分组，分组方法需确保每组内的所有D2D通信对被调度到的时频资源量总和（即每组内C_i之和）等于或略小于BW×T。

为避免组内的资源竞争，中心控制节点在每一组中指定一个D2D通信对作为该组的代表去竞争ISM频段的信道。为避免同一中心控制节点下不同组之间的资源竞争，本发明根据未来LTE D2D终端的频谱感知能力可选择性的采用下述两个方案之一。

【方案一】

本方案中，LTE D2D终端在一次载波监听中只能感知一个WLAN信道是否空闲，中心控制节点向下辖的每个组发送不同的“信道监听顺序”，即所述D2D通信系统的LTE D2D终端在一次载波监听中只能感知一个WLAN信道是否空闲，则在步骤三中，中心控制节点采用信道监听顺序竞争策略对组内每个D2D通信对进行资源预调度，预调度的具体过程包括：

A31）在信道监听起始时间点，发射终端开始监听自身所属分组的信道监听顺序中的第一个WLAN信道，如果该信道忙碌，则转入步骤A33）；如果该信道空闲并且持续空闲DIFS时长，则所述发射终端在该信道上发送一个RTS帧，然后切换到接收模式；如果所述发射终端收到了来自D2D对内的接收终端的CTS帧，则转入步骤A32），否则转入步骤A33）；其中DIFS时长是由IEEE 802.11系列标准所定义，不同的标准中DIFS时长不同。这里的DIFS取决于当前与D2D共存的WLAN系统所使用的IEEE 802.11标准类型及版本。

A32）自CTS帧传输结束后SIFS时长起，所述第一个WLAN信道被组内的全体D2D通信对使用；所述SIFS时长与DIFS时长类似，也是由IEEE 802.11系列标准所定义，不同的标准中SIFS时长不同。这里的SIFS取决于当前与D2D共存的WLAN系统所使用的IEEE 802.11标准类型及版本。

A33）继续监听该组的信道监听顺序中的下一个WLAN信道；

【方案二】

本方案中，LTE D2D终端在一次载波监听中即可感知ISM频段上所有WLAN信道是否空闲，中心控制节点向下辖的每个组发送不同的“子集优先级序列”，即所述D2D通信系统的LTE D2D终端在一次载波监听中能够感知ISM频段上所有WLAN信道是否空闲，则在步骤三中，中心控制节点采用子集优先级序列竞争策略对组内每个D2D通信对进行资源预调度，预调度的具体过程包括：

实施例二

本实施例结合图2所示场景，对方案一的具体实现方式进行解释说明。图2显示了工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法的一种具体应用场景，所述工作在ISM频段的LTE D2D通信系统（即LTE D2D系统）由一个中心控制节点（例如家庭基站）和多个D2D通信对所组成。中心控制节点负责管理和协调其信号覆盖范围内所有D2D通信对的通信行为。D2D通信对占用ISM频段的资源进行点到点直接通信，并在中心控制节点的控制下与WLAN用户竞争ISM频段资源。

本实施例提供一种不失一般性的假设场景：假设LTE D2D系统中有N个D2D通信对（即2N个LTE D2D终端），记作P₁，P₂，…，P_N。中心控制节点为每一个D2D通信对所调度的时频资源量表示为C₁，C₂，…，C_N。D2D通信对在一次信道竞争中所能抢占的最大传输带宽记为BW，通常BW为一个WLAN信道的带宽（即22MHz）；D2D通信对在一次信道竞争中所能抢占的最长时长记作T，通常T必须小于40ms。

为了提高LTE D2D系统对ISM频段的频谱利用率，同时确保LTE D2D系统和WLAN系统的公平竞争，本实施例提供一种工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法，该方法采用的是基于“信道监听顺序”的信道竞争策略，所述基于“信道监听顺序”的信道竞争策略的内容为：假设未来的LTE D2D终端在一次载波监听中只能感知一个WLAN信道是否空闲，为完成对ISM频段上所有WLAN信道的感知，D2D通信对需要在多个的时间段里进行信道感知，每个时间段里感知一个WLAN信道。

参见图4，本实施例提供的工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法的具体实现步骤如下：

S1，LTE D2D通信系统的中心控制节点确定参数BW和T的数值，并告知自身下辖的每个D2D通信对。

S2，中心控制节点下辖的每一个D2D通信对（记作P_i，i为D2D通信对序号，i为大于0小于等于N的正整数）在发起D2D通信前，先向中心控制节点汇报其占用资源需求；中心控制节点根据上述汇报计算出需要为该D2D通信对调度的时频资源量，记作C_i。

S3，根据步骤S2计算出的时频资源量C₁,C₂,…,C_N，中心控制节点对下辖的所有D2D通信对进行分组。假设分为M组，分别记作G₁,G₂,…,G_M。分组方法需确保每组内的所有D2D通信对被调度到的时频资源量的总和等于或略小于BW×T，例如：对于第k组G_k，上述分组方法需要确保

S4，对于步骤S3所得的每个组，中心控制节点为组内每个D2D通信对进行资源预调度。所谓“资源预调度”是指：在LTE D2D通信系统尚未竞争到ISM频段的时频资源之前，中心控制节点为某组内每个D2D通信对分配其在一个带宽为BW时长为T的时频资源块内的相对位置，该资源分配需确保D2D通信对P_i所分配到的时频资源量为C_i（i为该组内D2D通信对的序号），如图3所示。

S5，对于步骤S3所得的每个组，中心控制节点指定组内一个D2D通信对作为该组的竞争代表，并计算信道监听顺序。所述信道监听顺序由一组WLAN信道序号组成，表示竞争代表将依次监听的多个WLAN信道。组G_k的竞争代表记作H_k，组G_k的信道监听顺序记作O_k。中心控制节点必须为每组指定正交的信道监听顺序。所谓正交，是指在同一个时间段，不存在多个组同时监听同一个WLAN信道的情况。例如：当中心控制节点下辖3个组G₁,G₂和G₃时，待监听的WLAN信道为CH#1,CH#2和CH#3；则中心控制节点可以指定O₁={CH#1,CH#2,CH#3}，O₂={CH#2,CH#3,CH#1}，O₃={CH#3,CH#1,CH#2}。

S6，对于任意一个组G_k，在竞争ISM频段资源之前，中心控制节点必须通过下行信令告知该组内所有D2D通信对如下信息：

1）竞争代表H_k的发射终端地址(记作TA_k)和接收终端地址（记作RA_k）。

2）资源预调度的结果，该结果可以是一个资源分配表，记作TB_k。

3）信道监听顺序，即O_k。

4）信道监听起始时间（记作T_s）和针对一个WLAN信道的监听时长（记作T_d）。信道监听时长T_d必须大于传输一个RTS帧与一个DIFS间隔所需的时间。为了确保同一中心控制节点下各组间的同步，对于同一中心控制节点下辖的不同组，上述T_s和T_d的值相同。

S7，对于中心控制节点下辖的任意一个组，以G_k为例，一旦组内所有的D2D通信对都获得了步骤S6所述的全部信息，基于分组的信道监听和竞争流程则被触发，该流程分为4个连续的步骤，如下所述：

S71，在信道监听起始时间点T_s，D2D通信对H_k的发射终端开始监听O_k中的第一个WLAN信道；如果该信道忙碌，转入步骤S73；如果该信道空闲并且持续空闲DIFS时长，H_k的发射终端在该信道上发送一个RTS帧，该RTS帧需至少包含：H_k的发射终端地址TA_k、接收终端地址记作RA_k以及信道占用时长D_RTS。时长D_RTS等于传输一个CTS帧所需时间加上两个SIFS时长再加上时长T，其中D2D通信对在一次信道竞争中所能抢占的最长时长记作T，通常T必须小于40ms。详见图4和图5。发送RTS帧后，H_k的发射终端切换到接收模式，如果收到了来自H_k的接收终端的CTS帧，转入步骤S72，否则转入步骤S73。

在时间点T_s，H_k的接收终端在O_k中的第一个WLAN信道上开始接收信号；如果没有接收到来自H_k的发射终端的RTS帧，或者该WLAN信道忙碌，则转入步骤S73；如果接收到了来自H_k的发射终端的RTS帧，并且此时该WLAN信道空闲，H_k的接收终端在该WLAN信道上发送一个CTS帧后转入步骤S72。所述CTS帧需至少包含：H_k的发射终端地址TA_k和信道占用时长D_CTS。时长D_CTS等于一个SIFS时长再加上时长T。

从时间点T_s开始，组内除H_k之外的所有D2D通信对在O_k中的第一个WLAN信道上开始接收信号。如果在时长T_d内，接收到了上述RTS帧和CTS帧，转入步骤S72；否则转入步骤S73。

S72，由于在步骤S71中H_k已经在O_k中的第一个WLAN信道上成功完成了RTS帧和CTS帧的交互；因此，该WLAN信道自CTS帧传输结束后SIFS时长起可以被组G_k中的全体D2D通信对使用。由D_RTS和D_CTS的定义可知，H_k竞争到的时频资源块带宽为BW，时长为T。根据资源预调度结果TB_k，组G_k中的每个D2D通信对在上述BW×T的资源块中查找到属于自己的时频资源，并占用该资源进行D2D通信。D2D通信结束后，流程终止。

S73，由于在步骤S71中H_k没有在O_k中的第一个WLAN信道上成功完成RTS帧和CTS帧的交互；因此，该WLAN信道不可用，需要继续监听下一个WLAN信道。将T_s更新为T_s+T_d，删除O_k中的第一个WLAN信道。如果O_k为非空序列，返回步骤S71；否则转入步骤S74。

S74，O_k中的所有WLAN信道均已监听过，没有空闲信道可用；因此，此时ISM频段上没有资源可供组G_k中的D2D通信对使用。H_k向中心控制节点汇报该情况后，流程终止。

实施例三

本实施例结合图2所示场景，对方案二的具体实现方式进行解释说明。该方法采用的是基于“子集优先级序列”的信道竞争策略，所述基于“子集优先级序列”的信道竞争策略的内容为：假设未来的LTE D2D终端在一次载波监听中即可感知ISM频段上所有WLAN信道是否空闲。

参见图5，本实施例提供的工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法的具体实现步骤如下：

S1’，LTE D2D通信系统的中心控制节点确定参数BW和T的数值，并告知自身下辖的每个D2D通信对。

S2’，中心控制节点下辖的每一个D2D通信对（记作P_i，i为D2D通信对序号，i为大于0小于等于N的正整数）在发起D2D通信前，先向中心控制节点汇报其占用资源需求；中心控制节点根据上述汇报计算出需要为该D2D通信对调度的时频资源量，记作C_i。

S3’，根据步骤S2’计算出的时频资源量C₁,C₂,…,C_N，中心控制节点对下辖的所有D2D通信对进行分组。假设分为M组，分别记作G₁,G₂,…,G_M。分组方法需确保每组内的所有D2D通信对被调度到的时频资源量的总和等于或略小于BW×T，例如：对于第k组G_k，上述分组方法需要确保

本实施例中，D2D通信对的分组数M不大于3，当然本发明中M的取值不限于本实施例所述的3，只要为正整数都可以。

S4’，对于步骤S3’所得的每个组，中心控制节点为组内每个D2D通信对进行资源预调度。所谓“资源预调度”是指：在LTE D2D通信系统尚未竞争到ISM频段的时频资源之前，中心控制节点为某组内每个D2D通信对分配其在一个带宽为BW时长为T的时频资源块内的相对位置，该资源分配需确保D2D通信对P_i所分配到的时频资源量为C_i（i为该组内D2D通信对的序号），如图3所示。

S5’，将ISM频段上划分为M个正交的子频段，包含在第i个子频段内的所有WLAN信道的序号组成子集U_i，i=1,2,…,M。例1：子频段1为2400～2430MHz，子频段2为2431～2460MHz，子频段3为2461～2485MHz，对应的子集分别为：U₁={CH#1,CH#2}，U₂={CH#7,CH#8}，U₃={CH#13}。例2：子频段1为2400～2450MHz，子频段2为2451～2485MHz，对应的子集分别为：U₁={CH#1,CH#2,CH#3,CH#4,CH#5,CH#6}，U₂={CH#11,CH#12,CH#13}。

S6’，对于步骤S3’所得的每个组，中心控制节点指定组内一个D2D通信对作为竞争代表（记作H_k），并计算子集优先级序列（记作S_k）。子集优先级序列是一组由步骤S5’所得子集所组成的序列，在序列中排位越靠前的子集，优先级越高。中心控制节点必须为每组指定正交的子集优先级序列。所谓正交是指相同的子集在不同组的子集优先级序列中必须有不同的排位。例如：当中心控制节点下辖3个组G₁,G₂和G₃，ISM频段划分为3个子频段，对应子集为U₁，U₂，U₃时，中心控制节点可指定G₁的子集优先级序列为{U₁ U₂ U₃ U₁ U₂}，G₂为{U₂ U₃ U₁ U₂ U₃}，G₃为{U₃ U₁ U₂ U₃ U₁}。

S7’，对于任意一个组G_k，在竞争ISM频段资源之前，中心控制节点必须通过下行信令告知该组内所有D2D通信对如下信息：

3）M个子集的定义，以及子集优先级序列S_k。

4）信道监听起始时间（记作T_s）和监听ISM频段上所有WLAN信道所需时长（记作T_ISM）。为了确保同一中心控制节点下各组间的同步，对于同一中心控制节点下辖的不同组，上述T_s和T_ISM的值相同。

S8’，对于中心控制节点下辖的任意一个组，以G_k为例，一旦组内所有的D2D通信对都获得了步骤S7’所述的全部信息，基于分组的信道监听和竞争流程则被触发，该流程分为3个连续的步骤，如下所述：

S81’，在时间点T_s，D2D通信对H_k的发射终端开始监听ISM频段，监听时长为T_ISM。由于同一中心控制节点下辖的所有组都具有相同T_s和T_ISM值，各组的信道监听同步执行；因此，各组会获得相同的信道监听结果。

S82’，H_k的发射终端在完成对ISM频段的信道监听后，如果在S_k的最高优先级子集中不存在空闲的WLAN信道，转入步骤S83’。如果在S_k的最高优先级子集中存在空闲的WLAN信道，H_k的发射终端随机选择一个空闲的WLAN信道，并在该信道上发送一个RTS帧，该RTS帧需至少包含：H_k的发射终端地址TA_k和接收终端地址记作RA_k以及信道占用时长D_RTS。时长D_RTS等于传输一个CTS帧所需时间加上两个SIFS时长再加上时长T。发送RTS帧后，H_k的发射终端切换到接收模式，如果收到了来自H_k的接收终端的CTS帧，转入步骤S84’，否则转入步骤S83’。

在时间点T_s+T_ISM，H_k的接收终端在S_k的最高优先级子集中的所有WLAN信道上开始接收信号。如果没有接收到来自H_k的发射终端的RTS帧，或者在某个WLAN信道上收到RTS帧后该信道变忙碌，转入步骤S83’。如果在某个WLAN信道上接收到来自H_k的发射终端的RTS帧，且此时该信道空闲，H_k的接收终端在该WLAN信道上发送一个CTS帧后转入步骤S84’。上述CTS帧至少包含：H_k的发射终端地址TA_k和信道占用时长D_CTS。时长D_CTS等于一个SIFS时长再加上时长T，D2D通信对在一次信道竞争中所能抢占的最长时长记作T，通常T必须小于40ms。详见图4和图5。

在时间点T_s+T_ISM，组内除H_k之外的所有D2D通信对在S_k的最高优先级子集中的所有WLAN信道上开始接收信号。如果在时长T_RTS+T_CTS+2T_SIFS内，在上述某个WLAN信道上分别收到来自H_k的发射终端和接收终端的RTS帧和CTS帧，转入步骤S84’；否则转入步骤S83’。其中，T_RTS为传输一个RTS帧所需时间（时长），T_CTS为传输一个CTS帧所需时间（时长），T_SIFS为SIFS时长。

S83’，将T_s更新为T_s+T_ISM+T_RTS+T_CTS+2T_SIFS+T，删除S_k中排位第一的子集，如果S_k为非空序列，返回步骤S81’；否则，向中心控制节点汇报该情况后，流程终止。

S84’，由于在步骤S82’中H_k已经在S_k中的最高优先级子集中的某个WLAN信道上成功完成了RTS帧和CTS帧的交互；因此，该WLAN信道自CTS帧传输结束后SIFS时长起可以被组G_k中的全体D2D通信对使用。由D_RTS和D_CTS的定义可知，H_k竞争到的时频资源块带宽为BW，时长为T。根据资源预调度结果TB_k，组G_k中的每个D2D通信对在上述BW×T的资源块中查找到属于自己的时频资源，并占用该资源进行D2D通信。D2D通信结束后，将T_s更新为T_s+T_ISM+T_RTS+T_CTS+2T_SIFS+T，删除S_k中排位第一的子集，如果S_k为非空序列，返回步骤S81’；否则，向中心控制节点汇报该情况后，流程终止。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法，其特征在于，所述工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法包括：

2.根据权利要求1所述的工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法，其特征在于：步骤三中，所述中心控制节点在每一组中指定一个D2D通信对作为该组的代表去竞争ISM频段的信道，被指定的D2D通信对即为该组的竞争代表。

3.根据权利要求2所述的工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法，其特征在于：若所述D2D通信系统的LTE D2D终端在一次载波监听中只能感知一个WLAN信道是否空闲，则在步骤三中，中心控制节点采用信道监听顺序竞争策略对组内每个D2D通信对进行资源预调度，预调度的具体过程包括：

A33）继续监听该组的信道监听顺序中的下一个WLAN信道；

4.根据权利要求2所述的工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法，其特征在于：若所述D2D通信系统的LTE D2D终端在一次载波监听中能够感知ISM频段上所有WLAN信道是否空闲，则在步骤三中，中心控制节点采用子集优先级序列竞争策略对组内每个D2D通信对进行资源预调度，预调度的具体过程包括：

5.根据权利要求3或4所述的工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法，其特征在于：所述RTS帧至少包含：作为竞争代表的D2D通信对的发射终端地址和接收终端地址，以及信道占用时长D_RTS；时长D_RTS等于传输一个CTS帧所需时间加上两个SIFS时长再加上时长T，其中时长T为D2D通信对在一次信道竞争中所能抢占的最长时长。

6.根据权利要求3或4所述的工作在ISM频段的D2D通信系统的资源预调度方法，其特征在于：所述CTS帧至少包含：作为竞争代表的D2D通信对的发射终端地址和信道占用时长D_CTS；时长D_CTS等于一个SIFS时长再加上时长T，其中时长T为D2D通信对在一次信道竞争中所能抢占的最长时长。