CN105025460B - D2d通信中基于动态调整发送概率的用户设备发现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种D2D通信中基于动态调整发送概率的用户设备发现方法，用户设备在每个发现周期内根据所有资源块的检测情况，估计此时发送信号的用户设备数目与可用资源块数目的关系，从而自适应动态调整其发送概率，使每个发现周期内发送信号的用户设备数目与可用资源块数目相当，降低用户设备之间的干扰，提高用户设备发现效率。本发明可以有效提高处于网络控制范围外的D2D用户设备发现效率。

Description

D2D通信中基于动态调整发送概率的用户设备发现方法

技术领域

本发明涉及一种在D2D通信系统中，用户设备处于网络控制范围外时的高效率用户设备发现方法，D2D用户设备发现是D2D通信技术的一部分，属于移动通信技术领域。

背景技术

Device-to-Device(D2D)通信是一种在系统的控制下，允许终端之间通过复用小区资源直接进行通信的新型技术，它能够增加蜂窝通信系统频谱效率，在一定程度上解决无线通信系统频谱资源匮乏的问题。此外，它还能带来的好处包括：减轻蜂窝网络的负担、减少移动终端的电池功耗、增加比特速率、提高网络基础设施故障的鲁棒性等，还能支持新型的小范围点对点数据服务。基于如上优点，D2D通信成为目前移动通信领域的研究热点。

文献：ITU-R P.1411-6建议书-300MHz至100GHz频率范围内的短距离室外无线电通信系统和无线本地网规划所用的传播数据和预测方法中披露了一种路径损耗建模方法，通过建模计算路径的损耗。

D2D用户设备发现作为D2D通信的基础，其效率直接影响D2D通信的质量，所以也备受瞩目。D2D通信场景众多，当用户设备处于网络控制范围内时，用户设备发现过程可以由基站控制，基站可以为用户设备合理分配资源，从而降低用户设备间干扰，提高资源利用率和用户设备发现效率。当用户设备处于网络控制范围外，或者网络基础设施出现故障时，基站无法对用户设备发现进行协助，

若此时用户设备数目远大于可用资源块数目，干扰情况将变得极为严重，导致用户设备发现效率大幅降低。因此，如何在没有基站控制的情况下，控制每个发现周期发送信号的用户设备数目，使该数目与可用资源块数目相当，从而降低干扰，提高用户设备发现效率，是用户处于网络控制范围外的场景下的高效率用户设备发现的关键。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种D2D通信中基于动态调整发送概率的用户设备发现方法，实现在用户设备处于网络控制范围外的场景下的高效率用户设备发现。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种D2D通信中基于动态调整发送概率的用户设备发现方法，用户设备在每个发现周期内根据所有资源块的检测情况，估计此时发送信号的用户设备数目与可用资源块数目的关系，从而自适应动态调整其发送概率，使每个发现周期内发送信号的用户设备数目与可用资源块数目相当，降低用户设备之间的干扰，提高用户设备发现效率。

所述用户设备数目与可用资源块数目的关系如下：用户设备根据上一周期检测到的所有资源块的各项指标，包括资源块的总能量，检测到的用户设备数目，不同信号的SINR，确定四种用户设备可以检测到的资源块状态；然后根据用户设备分别检测到的四种资源块状态的数目，确定A，B，C，D，E五类事件。

所述自适应动态调整其发送概率的方法如下：

步骤1，初始化，在第一个发现周期内所有用户设备都发送发现信号；

步骤2，用户设备扫描本发现周期内所有资源块，并统计4类资源块的数目；

步骤3，根据4类资源块数目依次判断事件A，B，C，D，E是否发生；若事件A发生，提高用户设备发送概率；

步骤4，若事件B发生，提高用户设备发送概率，但此时提高发送概率的幅度应小于A类事件发生时提高发现概率的幅度；

步骤5，若事件C、D、E三个事件中至少有一个发生，降低用户设备发送概率，完成调整；若三个事件都没有发生，则保持发送概率不变；

步骤6，用户设备根据检测到的其它用户设备数目和发现周期个数确定终止条件；同时用户设备根据步骤3、4、5调整过的新发送概率以及终止条件决定其在本周期内是否发送信号，然后跳到步骤2进入下一发现周期；若满足终止条件则停止整个发现过程。

四种资源块状态分别为：

a、资源块上功率极小或几乎检测不到；

b、资源块上功率大，但不能检测到用户设备；

c、资源块上可以检测到功率，但功率较小不能检测到用户设备；

d、资源块上功率大，且可以检测到用户设备。

设用户设备检测到a，b，c，d状态的资源块数目分别为Na，Nb，Nc，Nd。num_resource表示资源块总数，则5类事件分别为：

A类事件：Na>(Na+Nb+Nc)；

B类事件：Na>(Na+Nb+Nc)/2；

C类事件：Nb>(Na+Nb+Nc)/2；

D类事件：Nc>(Na+Nb+Nc)/4；

E类事件：Nb>num_resource×10％。

所述步骤1中在第一个发现周期内所有用户设备都发送发现信号是指将系统内的用户设备的初始发送概率都设为1；所述步骤3中若事件A发生，该用户设备将其传输概率增加0.2；所述步骤4中若事件B发生，该用户设备将其发送概率增加0.1；所述步骤5中用户设备检测C，D，E事件，若三个事件中有一个事件发生，该用户设备将其发送概率降低0.1；若三个事件中两个事件发生，该用户设备将其发送概率降低0.2；若三个事件全部发生，该用户设备将其发送概率降低0.3，完成调整。

所述步骤6中的终止条件为：

终止条件一、设定最长发现周期个数门限值，当发现周期大于设定的门限值时结束发现过程；

终止条件二、根据用户设备检测到的其它用户设备数目，若检测到的用户设备数目趋于稳定，则结束发现过程；若检测到的用户设备数目仍一直增加，则不会停止用户设备发现过程。

所述步骤1的4类资源块状态，具体分类方案如下：

对于a类资源块为检测功率为-Inf dB的资源块；

对于d类资源块，若用户设备能在某个资源块上检测到其它用户设备的存在，则判定该资源块为d类资源块；在甄选出该发现周期内资源池中所有d类资源块后，将每个d类资源块上检测到的功率进行排序，选择最小值findpow_min作为区分b、c类资源块的门限；

除去a、d类资源块，当检测到某个资源块上的功率大于findpow_min时，认为该资源块为b类资源块；

当检测到某个资源块上的功率小于findpow_min时，认为该资源块为c类资源块。

有益效果：本发明提供的种D2D通信中基于动态调整发送概率的用户设备发现方法，相比现有技术，具有以下有益效果：

1.本方法根据用户检测到的资源块的状态自适应调整其发送概率，在用户设备数目远大于可用资源块数目的情况下，可以通过降低发送信号的用户设备的数目，有效降低用户设备间干扰，提高用户设备发现效率。

2.本方法中用户设备基于检测外界资源块状态自适应调整发送概率，相比于半静态调整发送概率方案有更好的环境适应性，即对于不同数目的用户设备和资源块数目，本方法的性能稳定，都可以达到较高的用户设备发现效率。

附图说明

图1为用户设备分布

图2为每个发现周期平均发现用户数目，资源块：20×8，用户：250

图3为每个发现周期累积平均发现用户总数，资源块：20×8，用户：250

图4为每个发现周期平均发现用户数目，资源块：20×8，用户：450

图5为每个发现周期累积平均发现用户总数，资源块：20×8，用户：450

图6为每个发现周期平均发现用户数目，资源块：20×8，用户：650

图7为每个发现周期累积平均发现用户总数，资源块：20×8，用户：650

图8为每个发现周期平均发现用户数目，资源块：15×6，用户：250

图9为每个发现周期累积平均发现用户总数，资源块：15×6，用户：250

图10为每个发现周期平均发现用户数目，资源块：15×6，用户：450

图11为每个发现周期累积平均发现用户总数，资源块：15×6，用户：450

图12为每个发现周期平均发现用户数目，资源块：15×6，用户：650

图13为每个发现周期累积平均发现用户总数，资源块：15×6，用户：650。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明提出的在用户设备处于网络控制范围外的场景下，一种D2D通信中基于动态调整发送概率的用户设备发现方法，如图1所示，用户设备在每个发现周期内根据所有资源块的检测情况，估计此时发送信号的用户设备数目与可用资源块数目的关系，从而自适应动态调整其发送概率，使每个发现周期内发送信号的用户设备数目与可用资源块数目相当，降低用户设备之间的干扰，提高用户设备发现效率。

所述用户设备数目与可用资源块数目的关系如下：用户设备根据上一周期检测到的所有资源块的各项指标，包括资源块的总能量，检测到的用户设备数目，不同信号的SINR，确定四种用户设备可以检测到的资源块状态；然后根据用户设备分别检测到的四种资源块状态的数目，确定A，B，C，D，E五类事件。

用户设备根据上一周期检测到的所有资源块的各项指标，包括资源块的总能量，检测到的用户设备数目，不同信号的SINR，将资源块分为4类分别为：

a、资源块上功率极小或几乎检测不到；

b、资源块上功率大，但不能检测到用户设备；

c、资源块上可以检测到功率，但功率较小不能检测到用户设备；

d、资源块上功率大，且可以检测到用户设备。

且资源块分类并不依据固定门限，具体分类方案如下：：

对于a类资源块，用户设备几乎检测不到该资源块上的功率，在matlab仿真环境下检测到的数值为-Inf(dB)，即定义检测到功率为-Inf dB的资源块为a类资源块。

对于d类资源块，若用户设备能在某个资源块上检测到其它用户设备的存在，则判定该资源块为d类资源块。在甄选出该发现周期内资源池中所有d类资源块后，将每个d类资源块上检测到的功率进行排序，选择最小值findpow_min作为区分b、c类资源块的门限。

除去a、d类资源块，当检测到某个资源块上的功率大于findpow_min时，认为该资源块为b类资源块。

当检测到某个资源块上的功率小于findpow_min时，认为该资源块为c类资源块。

用户设备检测到某一资源块为a类资源块，表示此时该资源块没有被任何用户设备占用。

用户设备检测到某一资源块为b类资源块，表示有至少两个用户设备选择在该资源块上发送发现信号，导致不同用户设备的发现信号彼此干扰，发现信号的SINR低于用户设备发现的SINR门限，从而不能发现用设备。

用户设备检测到某一资源块为c类资源块，表示有其它用户设备选择在该资源块上发送信号，但由于路径损耗等原因，使接收端接收到的发现信号的能量较小，导致不能成功解调发现信号，发现该用户设备。

用户设备检测到某一资源块为d类资源块，表示用户设备可以在该资源块上成功解调某一用户设备的发现信号。

我们希望用户设备能尽量多的检测到d类资源块，因为用户设备检测到的d类资源块的数目越多，表示其发现的其他用户设备数目越多，系统整体发现效率越高。

根据用户设备检测到的4类资源块状态定义了5类事件。

设用户设备检测到a，b，c，d状态的资源块数目分别为Na，Nb，Nc，Nd。num_resource表示资源块总数，则5类事件分别为：

A类事件：Na>(Na+Nb+Nc)；

B类事件：Na>(Na+Nb+Nc)/2；

C类事件：Nb>(Na+Nb+Nc)/2；

D类事件：Nc>(Na+Nb+Nc)/4；

E类事件：Nb>num_resource×10％。

A类事件发生表示用户检测到a类资源块数目较多，说明此时系统内有大量资源块没有被占用，即资源块相对充足，此时应提高用户设备发送概率，增大发送信号的用户设备数目。

B类事件发生表示用户检测到a类资源块数目略多，也应该提高用户设备发送概率，原因如上所述，但此时提高发送概率的幅度应小于A类事件发生时提高发现概率的幅度。

C类事件发生表示用户检测到b类资源块数目较多，说明此时大量资源块被使用，而且存在多个用户使用同一资源块的情况，即此时发送信号的用户设备数目远大于资源块数目。所以此时应该适当降低用户设备发送概率，从而降低发送信号的用户设备数目。

D类事件发生表示用户检测到c类资源块数目略多，说明几乎每个资源块都是被用户设备占用的，即此时发送信号的用户设备数目也相对较多，但少于C类事件发生时的用户设备数目，此时也应该适当降低用户设备发送概率。

E类事件发生也表示用户检测到b类资源块数目较多，与C类事件发生所反映的情况相同，此时也应该降低用户设备发送概率。之所以在引入C类事件的基础上又引入了E类事件，是为了在用户设备数目远大于资源块数目时，可以快速降低系统内发送信号的用户设备数目(此时C、E事件同时发生)。而当发送信号的用户设备数目略大于资源块数目时，可以缓慢降低发送信号的用户设备数目(此时只有E类事件发生)。

用户设备扫描所有可用资源块，统计各类资源块数目，并根据该数目判断触发哪类事件，不同事件的发生将导致不同的调整发送概率策略，降低或者提高用户设备发送概率，即所述自适应动态调整其发送概率的方法如下：

步骤1，初始化，将系统内的用户设备的初始发送概率都设为1，即在第一个发现周期内所有用户设备都发送发现信号；

步骤2，用户设备扫描本发现周期内所有资源块，并统计4类资源块的数目；

步骤3，根据4类资源块数目依次判断事件A，B，C，D，E是否发生；若事件A发生，提高用户设备发送概率，完成调整；若事件A不发生，跳到第4步；

步骤4，若事件B发生，提高用户设备发送概率，但此时提高发送概率的幅度应小于A类事件发生时提高发现概率的幅度，完成调整；若事件B不发生，跳到第5步；

步骤5，若事件C、D、E三个事件中至少有一个发生，降低用户设备发送概率，完成调整；若三个事件都没有发生，则保持发送概率不变；

步骤6，用户设备根据检测到的其它用户设备数目和发现周期个数确定终止条件；同时用户设备根据步骤3、4、5调整过的新发送概率以及终止条件决定其在本周期内是否发送信号，然后跳到步骤2进入下一发现周期；若满足终止条件则停止整个发现过程。

所述步骤3中若事件A发生，该用户设备将其传输概率增加0.2；所述步骤4中若事件B发生，该用户设备将其发送概率增加0.1；所述步骤5中用户设备检测C，D，E事件，若三个事件中有一个事件发生，该用户设备将其发送概率降低0.1；若三个事件中两个事件发生，该用户设备将其发送概率降低0.2；若三个事件全部发生，该用户设备将其发送概率降低0.3，完成调整。

所述步骤6中的终止条件为：

终止条件一、可以由厂商设定最长发现周期个数，当发现周期大于厂商设定的门限值时结束发现过程；

终止条件二、根据用户设备检测到的其它用户设备数目，若检测到的用户设备数目趋于稳定，则结束发现过程；若检测到的用户设备数目仍一直增加，则不会停止用户设备发现过程。

需要说明的是，将用户设备初始发送概率设为1的原因是，用户设备在第一次发送发现信号前没有任何反馈，并且一般情况下用户设备数目少于可用资源块数目，即资源相对充足，所以此时用户设备应该以概率1发送发现信号。

实例

本实例中D2D用户设备复用LTE上行链路资源进行用户设备发现，D2D用户设备处于网络控制范围外并且已经实现同步，为对比不同用户设备数目和资源块数目的情况下本方法与半静态方法和固定概率方法的性能差异，这里选择两种资源池，资源池大小分别设为20×8，15×6，用户设备数目设为650，450，250。具体实施步骤如下：

步骤1：在小区半径为250米的六边形小区内随机撒放用户设备，设用户设备发送功率为固定的23dbm，发现信号成功解调SINR门限为-6dB，建立其路径损耗模型。所有用户设备在初始发现周期以概率1发送发现信号。

步骤2：用户设备检测本发现周期内资源块状态，并将资源块分为4类，统计4类资源块数目。

步骤3：依据统计各类资源块数目判断是否触发各类事件，根据各类事件的触发情况动态调整用户设备在下一发现周期的发送功率。

步骤4：若未达到终止条件，用户根据调整过的新发送概率决定其在下一发现周期内是否发送信号，然后进入下一发现周期，返回步骤2；若满足终止条件则停止整个发现过程。

观察图2-图13可以发现，在多数情况下，无论是每个周期平均发现的用户设备数目还是每个周期累积发现的用户设备数目，自适应动态调整发送概率方法相比半静态调整发送概率方法都有较好的性能表现。但观察图3，图5，图9，此时自适应动态调整发送概率方法与半静态调整发送概率方法性能相当，原因是此时半静态算法的初始发送概率恰好接近该场景下的最优发送概率，即用户选择该概率作为其传输概率时，在每个发现周期内发送信号的用户设备数目与可用资源块数目相当，因此此时半静态算法与自适应算法性能相当。

有上述可知，高效率是指利用尽量少的资源在尽量短的时间内发现尽量多的用户设备。该方法通过用户设备对每个发现周期内资源块的检测情况，包括资源块上是否成功解调发现信号，即发现用户设备，资源块功率，从而估计此时系统内发送信号的用户设备数目与可用资源块数目的关系，进而自适应动态调整其发送概率，使下一发现周期内发送发现信号的用户设备数目与可用资源块数目相当，从而使用户设备发现效率最大。本发明提出的用户设备自适应动态调整发送概率的方法可以有效提高处于网络控制范围外的D2D用户设备发现效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种D2D通信中基于动态调整发送概率的用户设备发现方法，其特征在于：用户设备在每个发现周期内根据所有资源块的检测情况，估计此时发送信号的用户设备数目与可用资源块数目的关系，从而自适应动态调整其发送概率，使每个发现周期内发送信号的用户设备数目与可用资源块数目相当，降低用户设备之间的干扰，提高用户设备发现效率；

所述用户设备数目与可用资源块数目的关系如下：用户设备根据上一周期检测到的所有资源块的各项指标，包括资源块的总能量，检测到的用户设备数目，不同信号的SINR，确定四种用户设备可以检测到的资源块状态；然后根据用户设备分别检测到的四种资源块状态的数目，确定A，B，C，D，E五类事件；

四种资源块状态分别为：

a、资源块上功率极小或几乎检测不到；

b、资源块上功率大，但不能检测到用户设备；

c、资源块上可以检测到功率，但功率较小不能检测到用户设备；

d、资源块上功率大，且可以检测到用户设备；

所述自适应动态调整其发送概率的方法如下：

步骤1，初始化，在第一个发现周期内所有用户设备都发送发现信号；

步骤2，用户设备扫描本发现周期内所有资源块，并统计4类资源块的数目；

步骤3，根据4类资源块数目依次判断事件A，B，C，D，E是否发生；若事件A发生，提高用户设备发送概率；

步骤4，若事件B发生，提高用户设备发送概率，但此时提高发送概率的幅度应小于A类事件发生时提高发现概率的幅度；

步骤5，若事件C、D、E三个事件中至少有一个发生，降低用户设备发送概率，完成调整；若三个事件都没有发生，则保持发送概率不变；

步骤6，用户设备根据检测到的其它用户设备数目和发现周期个数确定终止条件；同时用户设备根据步骤3、4、5调整过的新发送概率以及终止条件决定其在本周期内是否发送信号，然后跳到步骤2进入下一发现周期；若满足终止条件则停止整个发现过程。

2.根据权利要求1所述的D2D通信中基于动态调整发送概率的用户设备发现方法，其特征在于：设用户设备检测到a，b，c，d状态的资源块数目分别为Na，Nb，Nc，Nd；num_resource表示资源块总数，则5类事件分别为：

A类事件：Na>(Na+Nb+Nc)；

B类事件：Na>(Na+Nb+Nc)/2；

C类事件：Nb>(Na+Nb+Nc)/2；

D类事件：Nc>(Na+Nb+Nc)/4；

E类事件：Nb>num_resource×10％。

3.根据权利要求2所述的D2D通信中基于动态调整发送概率的用户设备发现方法，其特征在于：所述步骤1中在第一个发现周期内所有用户设备都发送发现信号是指将系统内的用户设备的初始发送概率都设为1；所述步骤3中若事件A发生，该用户设备将其传输概率增加0.2；所述步骤4中若事件B发生，该用户设备将其发送概率增加0.1；所述步骤5中用户设备检测C，D，E事件，若三个事件中有一个事件发生，该用户设备将其发送概率降低0.1；若三个事件中两个事件发生，该用户设备将其发送概率降低0.2；若三个事件全部发生，该用户设备将其发送概率降低0.3，完成调整。

4.根据权利要求3所述的D2D通信中基于动态调整发送概率的用户设备发现方法，其特征在于：所述步骤6中的终止条件为：

终止条件一、设定最长发现周期个数门限值，当发现周期大于设定的门限值时结束发现过程；

终止条件二、根据用户设备检测到的其它用户设备数目，若检测到的用户设备数目趋于稳定，则结束发现过程；若检测到的用户设备数目仍一直增加，则不会停止用户设备发现过程。

5.根据权利要求4所述的D2D通信中基于动态调整发送概率的用户设备发现方法，其特征在于：所述步骤1的4类资源块状态，具体分类方案如下：

对于a类资源块为检测功率为-Inf dB的资源块；

对于d类资源块，若用户设备能在某个资源块上检测到其它用户设备的存在，则判定该资源块为d类资源块；在甄选出该发现周期内资源池中所有d类资源块后，将每个d类资源块上检测到的功率进行排序，选择最小值findpow_min作为区分b、c类资源块的门限；

除去a、d类资源块，当检测到某个资源块上的功率大于findpow_min时，认为该资源块为b类资源块；

当检测到某个资源块上的功率小于findpow_min时，认为该资源块为c类资源块。