CN103763744B

CN103763744B - 蜂窝小区间d2d通信传输模式切换方法

Info

Publication number: CN103763744B
Application number: CN201410031878.1A
Authority: CN
Inventors: 倪艺洋; 乔丹; 金石; 朱洪波
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2034-01-23
Also published as: CN103763744A

Abstract

本发明公开了一种蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法，其特征在于根据蜂窝系统传输总可达速率最大化准则，蜂窝小区间的D2D用户在传统蜂窝通信模式、传统D2D通信模式和双向中继D2D通信模式三种模式中动态切换，包括如下步骤：1）在各传输时段末，基站获取蜂窝用户对D2D用户终端的干扰，基站对D2D用户终端的干扰，D2D用户间的距离信息以及信道状态信息；2）根据步骤1）所获信息，基站通过计算或查表得到干扰阈值及距离阈值，并基于此确定其最优传输模式；3）在下一传输时段对各用户按其最优传输模式进行传输，在各传输时段末根据其信道变化动态切换传输模式。本方法综合利用D2D通信系统物理参数，能有效提高蜂窝通信系统在各种传输条件下的性能。

Description

蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法

技术领域

本发明涉及一种蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法，属于通信技术领域。

背景技术

未来蜂窝移动通信将面临超清视频传输与共享、在线游戏、基于地理位置的服务、以及海量设备互联等多种高速移动互联网数据业务。由于在营4G系统中提高小区吞吐量的方法，如增加新的频谱资源、提升单链路的频谱效率、挖掘空间复用增益等技术手段在现有小区架构下已达性能极限，需要大力发展新型无线传输技术和网络架构，其中面向蜂窝移动通信系统的终端间通信（D2D）技术近年来引起了极大关注。

基于蜂窝网络的终端间通信（D2D）的基本原理是在用户终端间建立直接通信的链路，D2D通信不需要通过基站中转，在两用户之间直接建立通信链路，且由于用户之间一般距离较近，链路质量较高，可实现用户间高速数据传输，大幅降低基站负载和提高小区吞吐率。与此同时，现有4G蜂窝系统中广泛采用了中继通信技术，由于该技术可大幅提升系统性能，十余年来一直是蜂窝移动通信的研究热点。在基于蜂窝网络的D2D通信系统中利用中继技术可进一步提升D2D传输能力，有效地提高信号的抗衰落性能，产生空间分集增益和多跳传输增益，提高系统容量和传输可靠性。

传输模式切换是蜂窝移动通信研究的热点问题之一，在传统MIMO无线通信技术的研究中存在单用户与多用户、空时编码与空分复用、统计预编码与瞬时预编码、单向与双向中继等一系列传输模式切换理论方法，本发明将在这些研究的基础上结合基于中继的D2D通信系统的特点，设计出所需的模式切换策略，在研究路线和可实现性方面是有坚实保障的。基于如上所述的背景，本发明给出一种蜂窝小区间D2D通信传输模式的切换方法。

发明内容

发明目的：本发明提供一种蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法，可以根据用户反馈及基站获取的信道信息等对用户传输模式进行动态配置，从而保证蜂窝系统在各种信道条件下的性能，有效提高系统的可达速率。

技术方案：一种蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法，具体包括以下步骤：

步骤一、在各传输时段末，基站获取蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和ΣI_C，基站对D2D用户终端的干扰总和ΣI_B，D2D用户间的距离信息d₁₂，以及各信道状态信息；

步骤二、基站根据步骤一中所获得的D2D用户间的距离信息d₁₂，计算D2D用户间的距离参数β；

步骤三、对于一对D2D用户，基站通过将蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和ΣI_C，以及D2D用户间的距离参数β与计算得到的阈值相比较，确定能使蜂窝系统传输总可达速率最大化的最优传输模式；

对于D2D用户，按照其最优传输模式分为三大类，分别为传统D2D通信模式，以下记为模式A；传统蜂窝通信模式，以下记为模式B；以及双向中继D2D通信模式，以下记为模式C.

步骤四、在下一传输时段，对于步骤三中所述模式类A、B、C内的用户，在每一传输时刻反馈其信道状态信息并进行相应的模式传输；

步骤五、在本传输时段末，返回步骤一，并顺次实施后续步骤，根据各用户信道状态的变化对各用户所在的传输模式组进行动态切换，并进行下一传输阶段，直到整个传输过程结束。

上述的方法，其中，在所述步骤一中，在各传输时段末，基站获取蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和ΣI_C，基站对D2D用户终端的干扰总和ΣI_B，D2D用户间的距离信息d₁₂，以及各信道状态信息。其中，蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和ΣI_C包括本小区以及邻小区的蜂窝用户对D2D用户的干扰之和，基站对D2D用户终端的干扰总和ΣI_B包括本小区以及邻小区的基站对D2D用户的干扰之和，信道状态信息包括D2D用户与中继之间，D2D用户与基站之间及D2D用户之间的信道矩阵。

上述的方法，其中，在所述步骤二中，基站根据步骤一中所获得的D2D用户间的距离信息，计算D2D用户间的距离参数β，D2D用户间的距离参数β根据D2D用户间的距离与D2D用户到基站的距离之比来定义。

上述的方法，其中，在所述步骤三中，对于一对D2D用户，基站通过将蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和ΣI_C，以及D2D用户间的距离参数β与计算得到的阈值相比较，将D2D用户按照其最优传输模式分为传统D2D通信模式A，传统蜂窝通信模式B及双向中继D2D通信模式C三种传输模式，分组步骤如下：

步骤31：当蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和ΣI_C大于干扰阈值G时，进一步检查D2D用户间的距离参数β，若β大于第一距离参数阈值Q₁，则用户传输模式设定为模式B；若β小于第一距离参数阈值Q₁且大于第二距离参数阈值Q₂，则用户传输模式设定为模式C；否则，用户传输模式设定为模式A；

步骤32：当蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和ΣI_C小于干扰阈值G时，进一步检查D2D用户间的距离参数β，若β大于第三距离参数阈值Q₃，则用户传输模式设定为模式B；若β小于第三距离参数阈值Q₃且大于第四距离参数阈值Q₄，则用户传输模式设定为模式A；否则，用户传输模式设定为模式C.

上述的方法，其中，在所述步骤三中，干扰阈值G与D2D用户与中继之间的信道状态信息，以及基站对D2D用户终端的干扰总和ΣI_B的取值有关；距离参数阈值Q₁、Q₂、Q₃和Q₄与蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和ΣI_C、基站对D2D用户终端的干扰总和ΣI_B，以及各信道状态信息的取值有关；干扰阈值G，以及距离参数阈值Q₁、Q₂、Q₃和Q₄通过预先推导出的传输模式切换阈值的闭式表达或离线仿真结果来确定其计算方法。

上述的方法，其中，在所述步骤四中，在下一传输时段，对于步骤三中所述模式类A、B、C内的用户，在每一传输时刻反馈其信道状态信息并进行相应的模式传输。具体来说，各传输模式组内的D2D用户采用如下传输方式：对于模式A内的用户，采用传统D2D通信模式进行传输；对于模式B内的用户，采用传统蜂窝通信模式进行传输；对于模式C内的用户，采用双向中继D2D通信模式进行传输。

上述的方法，其中，在所述步骤五中，在本传输时段结束时，根据用户更新后的蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和ΣI_C、基站对D2D用户终端的干扰总和ΣI_B，以及各信道状态信息对其传输模式进行切换，并在下一传输时段根据新的模式分配情况按照相应方案进行传输。每一传输时段的时长可根据蜂窝系统所处环境灵活配置。

有益效果：本发明实施例提供的蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法，具有如下优点：

1、本方法综合考虑了传统蜂窝通信模式，传统D2D通信模式及双向中继D2D通信模式共三种传输模式，使得在不同的干扰情况下，在D2D用户间的距离发生变化时，都可以相应的改变传输模式，以达到较好的系统性能。

2、本方法复杂度低，通过将所关注的参数与预设阈值比较即可完成传输模式切换。阈值是根据理论解与或者离线仿真结果得出，可靠性高。

3、本方法能够充分利用信道状态信息，自适应地进行传输模式切换，在某些情况下可大大提高蜂窝系统可达总速率，提高了蜂窝系统资源的利用效率。

附图说明

图1为本发明蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法中传输时段划分以及实施步骤的一个实施例的流程图；

图2为本发明蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法中模式切换模块一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法，具体包括以下步骤：

步骤二、基站根据步骤一中所获得的D2D用户间的距离信息，计算D2D用户间的距离参数β；

对于D2D用户，按照其最优传输模式分为三大类，分别为传统D2D通信模式，以下记为模式A;传统蜂窝通信模式，以下记为模式B;以及双向中继D2D通信模式，以下记为模式C.

上述的方法，其中，在步骤一中，在各传输时段末，基站获取蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和ΣI_C，基站对D2D用户终端的干扰总和ΣI_B，D2D用户间的距离信息d₁₂，以及各信道状态信息。其中，蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和ΣI_C包括本小区以及邻小区的蜂窝用户对D2D用户的干扰之和，基站对D2D用户终端的干扰总和ΣI_B包括本小区以及邻小区的基站对D2D用户的干扰之和，信道状态信息包括D2D用户与中继之间，D2D用户与基站之间及D2D用户之间的信道矩阵。

上述的方法，其中，在步骤二中，基站根据步骤一中所获得的D2D用户间的距离信息，计算D2D用户间的距离参数β。D2D用户间的距离参数β根据D2D用户间的距离与D2D用户到基站的距离之比来定义。

步骤1）：当蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和ΣI_C大于干扰阈值G时，进一步检查D2D用户间的距离参数β，若β大于第一距离参数阈值Q₁，则用户传输模式设定为模式B；若β小于第一距离参数阈值Q₁且大于第二距离参数阈值Q₂，则用户传输模式设定为模式C；否则，用户传输模式设定为模式A；

步骤2）：当蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和ΣI_C小于干扰阈值G时，进一步检查D2D用户间的距离参数β，若β大于第三距离参数阈值Q₃，则用户传输模式设定为模式B；若β小于第三距离参数阈值Q₃且大于第四距离参数阈值Q₄，则用户传输模式设定为模式A；否则，用户传输模式设定为模式C.

上述的方法，其中，在步骤四中，在下一传输时段，对于步骤三中所述模式类A、B、C内的用户，在每一传输时刻反馈其信道状态信息并进行相应的模式传输。具体来说，各传输模式组内的D2D用户采用如下传输方式：对于模式A内的用户，采用传统D2D通信模式进行传输；对于模式B内的用户，采用传统蜂窝通信模式进行传输；对于模式C内的用户，采用双向中继D2D通信模式进行传输。

上述的方法，其中，在步骤五中，在本传输时段结束时，根据用户更新后的蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和ΣI_C、基站对D2D用户终端的干扰总和ΣI_B，以及各信道状态信息对其传输模式进行切换，并在下一传输时段根据新的模式分配情况按照相应方案进行传输。每一传输时段的时长可根据蜂窝系统所处环境灵活配置。

本发明实施例提供的蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法，可以根据基站、蜂窝用户对D2D用户终端的干扰以及信道状况，有效的在传统蜂窝通信模式，传统D2D通信模式及双向中继D2D通信模式三种传输模式中灵活切换，从而显著提高蜂窝系统在各种环境下的可达速率。

图1为本发明蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法中传输时段划分以及实施步骤的一个实施例的流程图。该方法包括以下步骤：

步骤101：在传输时段1，基站按照D2D用户当前传输模式对其进行传输；

步骤102：在传输时段1结束时，对D2D用户进行传输模式切换。基站获取蜂窝用户对D2D用户终端的干扰，基站对D2D用户终端的干扰，D2D用户间的距离信息以及信道状态信息；基站计算D2D用户间的距离参数；

步骤103：基站通过将蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和以及D2D用户间的距离参数与预设阈值比较，确定下一传输时段中用户的最优传输模式；

步骤104：在步骤103结束后，进入下一传输时段2，对D2D用户按最优模式进行传输。

图2为本发明蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法中模式切换模块一个实施例的流程图。具体包括如下步骤：

步骤201：基站获取蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和ΣI_C，D2D用户间的距离参数β，以及各信道状态信息；

步骤202：检测ΣI_C是否大于干扰阈值G；若大于干扰阈值G，则执行步骤203；否则，执行步骤204；

步骤203：检测D2D用户间的距离参数β是否大于第一距离参数阈值Q₁；若大于，则执行步骤205；否则执行步骤206；

步骤204：检测D2D用户间的距离参数β是否大于第三距离参数阈值Q₃；若大于，则执行步骤205；否则执行步骤207；

步骤205：设定D2D用户传输模式为模式B，即传统蜂窝通信模式传输；

步骤206：检测D2D用户间的距离参数β是否大于第二距离参数阈值Q₂；若大于，则执行步骤208；否则执行步骤209；

步骤207：检测D2D用户间的距离参数β是否大于第四距离参数阈值Q₄；若大于，则执行步骤209；否则执行步骤208；

步骤208：设定D2D用户传输模式为模式C，即双向中继D2D通信模式传输；

步骤209：设定D2D用户传输模式为模式A，即传统D2D通信模式传输。

Claims

1.一种蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法，其特征在于，该方法涉及的蜂窝系统包括两个小区，每个小区内有一个基站，一个蜂窝用户和一个D2D用户；整个传输过程分为数个传输时段，在每个传输时段末，基站获取蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和，基站对D2D用户终端的干扰总和，D2D用户间的距离信息，以及各信道状态信息，通过所述信息确定D2D用户间通信的最优传输模式，在下一传输时段，基站对D2D用户间通信采用相应的最优传输模式进行传输；

该方法具体包括以下步骤：

步骤一、在各传输时段末，基站获取蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和∑I_C，基站对D2D用户终端的干扰总和∑I_B，D2D用户间的距离信息d₁₂，以及各信道状态信息；

步骤三、对于一对D2D用户，基站通过将蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和∑I_C，以及D2D用户间的距离参数β与计算得到的阈值相比较，确定能使蜂窝系统传输总可达速率最大化的最优传输模式；

对于D2D用户，按照其最优传输模式分为三大类，分别为传统D2D通信模式，以下记为模式A；传统蜂窝通信模式，以下记为模式B；以及双向中继D2D通信模式，以下记为模式C；

2.根据权利要求1所述的蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法，其特征在于：步骤一中，在各传输时段末，基站获取蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和∑I_C，基站对D2D用户终端的干扰总和∑I_B，D2D用户间的距离信息d₁₂，以及各信道状态信息；

其中，蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和∑I_C包括本小区以及邻小区的蜂窝用户对D2D用户的干扰之和，基站对D2D用户终端的干扰总和∑I_B包括本小区以及邻小区的基站对D2D用户的干扰之和，信道状态信息包括D2D用户与中继之间，D2D用户与基站之间及D2D用户之间的信道矩阵。

3.根据权利要求1所述的蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法，其特征在于：步骤二中，基站根据步骤一中所获得的D2D用户间的距离信息，计算D2D用户间的距离参数β；

D2D用户间的距离参数β根据D2D用户间的距离与D2D用户到基站的距离之比来定义。

4.根据权利要求1所述的蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法，其特征在于：步骤三中，对于一对D2D用户，基站通过将蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和∑I_C，以及D2D用户间的距离参数β与计算得到的阈值相比较，将D2D用户按照其最优传输模式分为传统D2D通信模式A，传统蜂窝通信模式B及双向中继D2D通信模式C三种传输模式，分组步骤如下：

步骤31：当蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和∑I_C大于干扰阈值G时，进一步检查D2D用户间的距离参数β，若β大于第一距离参数阈值Q₁，则用户传输模式设定为模式B；若β小于第一距离参数阈值Q₁且大于第二距离参数阈值Q₂，则用户传输模式设定为模式C；否则，用户传输模式设定为模式A；

步骤32：当蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和∑I_C小于干扰阈值G时，进一步检查D2D用户间的距离参数β，若β大于第三距离参数阈值Q₃，则用户传输模式设定为模式B；若β小于第三距离参数阈值Q₃且大于第四距离参数阈值Q₄，则用户传输模式设定为模式A；否则，用户传输模式设定为模式C。

5.根据权利要求1所述的蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法，其特征在于：步骤三中，干扰阈值G与D2D用户与中继之间的信道状态信息，以及基站对D2D用户终端的干扰总和∑I_B的取值有关；距离参数阈值Q₁、Q₂、Q₃和Q₄与蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和∑I_C、基站对D2D用户终端的干扰总和∑I_B，以及各信道状态信息的取值有关；

干扰阈值G，以及距离参数阈值Q₁、Q₂、Q₃和Q₄通过预先推导出的传输模式切换阈值的理论解或者离线仿真结果表达来确定其计算方法。

6.根据权利要求1所述的蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法，其特征在于：步骤四中，在下一传输时段，对于步骤三中所述模式类A、B、C内的用户，在每一传输时刻反馈其信道状态信息并进行相应的模式传输。

7.根据权利要求1所述的蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法，其特征在于：各传输模式组内的D2D用户采用如下传输方式：对于模式A内的用户，采用传统D2D通信模式进行传输；对于模式B内的用户，采用传统蜂窝通信模式进行传输；对于模式C内的用户，采用双向中继D2D通信模式进行传输。

8.根据权利要求1所述的蜂窝小区间D2D通信传输模式切换方法，其特征在于：步骤五中，在本传输时段结束时，根据用户更新后的蜂窝用户对D2D用户终端的干扰总和∑I_C、基站对D2D用户终端的干扰总和∑I_B，以及各信道状态信息对其传输模式进行切换，并在下一传输时段根据新的模式分配情况按照相应方案进行传输；每一传输时段的时长根据蜂窝系统所处环境配置。