CN107205211B - 在非授权频段与WiFi共存的D2D通信中的信道分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在非授权频段与WiFi共存的D2D通信中的信道分配方法。该方法主要包括：基于距离将与WiFi共存的D2D‑U设备分簇，给每个簇指定一个簇头，每个簇的簇头根据簇内D2D‑U设备成员对周围频谱环境的监测结果，动态选择其所在簇的当前使用信道，所述簇头代表其所在簇采用竞争机制获取所述当前使用信道的使用权，将所述当前使用信道的资源分配给簇内各个D2D‑U设备使用。本发明针对WiFi AP位置、WiFi AP工作信道具有随机性的特点，通过将D2D‑U设备分成若干个不相交的簇，根据频谱环境，动态调整簇内的工作信道，不仅充分利用了空闲的频谱资源，同时可以实现降低D2D‑U设备之间、D2D‑U设备与WiFi用户之间的信道干扰，尽可能提高通信链路的性能。

Description

在非授权频段与WiFi共存的D2D通信中的信道分配方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种在非授权频段与WiFi共存的D2D通信中的信道分配方法。

背景技术

随着D2D(Device to Device，设备到设备)业务和LTE-U(LTE in UnlicensedSpectrums，LTE在非授权频段)技术的快速发展，D2D与LTE-U的融合是未来通信发展的必然趋势，同时也是第五代移动通信(5G)中的一个重要应用场景。但是初始WiFi和D2D网络被设计在不同的频段中运营，将D2D部署在非授权频段，必须考虑WiFi与D2D通信的差异性。

WiFi(Wireless Fidelity，无线保真技术)系统的特点如下：

WiFi系统部署在非授权频段。

WiFi系统采用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with CollisionAvoidance)的MAC层协议。WiFi用户在通信之前会对信道进行CCA(Clear ChannelAssessment)检测，如果信道未被占用则进行通信，否则为避免发生碰撞用户需要执行退避过程。

同一时刻WiFi系统只允许一个用户占用整个信道，且每个用户机会均等。

WiFi系统网络节点可选择的互不交叠的信道数目有限，且协议并未规范在信道数目受限情况下的信道分配机制。

WiFi系统只能用于短距离通信。5GHz非授权频段的信道衰落非常大，且协议规定非授权频段上的发射功率受限。

D2D通信的特点如下：

D2D通信部署在授权频段。

D2D通信采用集中式的MAC层协议。D2D用户在通信之前不会进行信道检测。

D2D通信具有很好的干扰可控性。带宽被分为多个子信道支持 OFDMA(OrthogonalFrequency Division Multiple Access)通信。基站通过功率控制和资源分配允许多个用户在同一时间进行通信。

D2D通信适用于短距离通信。在通信系统控制下，允许D2D设备在没有基础网络设施的情况下进行直接通信。

随着移动用户的增长以及移动数据业务的增加，授权频段资源日益缺乏，再将D2D通信部署到授权频段，无疑会增加授权网络的压力，所以考虑把D2D部署到非授权频段。802.11系列协议规定非授权频谱工作频段为2.4GHz 和5GHz，考虑到2.4GHz频段已经被WiFi以及蓝牙等无线技术密集占用，干扰复杂，而5GHz频段使用率较低，可用空间大，将D2D部署在5GHz的非授权频段实现D2D-U(Device-to-Device Communications in theUnlicensed Spectrum) 通信是未来通信发展的必然趋势。

基于以上WiFi与D2D通信的特点，实现两者在非授权频段的共存主要问题如下：

1、信道选择问题：802.11协议本身并未规范在网络初期节点如何选择信道，默认的机制将使得WiFi AP随机工作在某一信道。由于同频相邻节点之间存在竞争和干扰，会严重降低网络性能，因此D2D-U设备的位置和信道选择直接影响与WiFi用户相互干扰和竞争的程度。

802.11协议中将5GHz的无许可证国家信息基础设施(Unlicensed NationalInformation Infrastructure，UNII)频段，分成低、中、高三个子频段，每个子频段包含4个互不重叠的信道，每个信道占据20MHz带宽。虽然5GHz频段提供了多个互不交叠的信道，但是各国对于允许的传输功率以及UNII子频段是否可用有着各自的法规，在中国大陆，使用5.8GHz频段，工作频率范围为 5725～5850MHz，总计125MHz带宽，划分为5个信道(信道号分别为149、 153、157、161、165)，每个信道带宽为20MHz。以下示例图均以中国大陆地区为例。

信道选择是指D2D-U设备合理的选择信道，避免出现在相同或相邻覆盖区域中的D2D-U设备与WiFiAP使用同一信道。但是在实际部署中，因为 802.11协议无明确的信道选择规范，故WiFi AP所选定的信道也比较随意。随着WiFiAP和WiFi终端数量的增多，D2D-U设备的信道选择要比上面的情形复杂的多，信道复用不可避免，但WiFi系统不像LTE系统那样有规则的小区形状和计划好的覆盖范围，WiFi AP的安装位置比较随意，它根据主人的需求任意摆放，使用的信道也具有随机性，故D2D-U设备在非授权频段实现信道复用比蜂窝网要困难得多。截至目前为止，没有一个有效的信道选择机制来保证 D2D-U设备与WiFi用户的共存。

2、信道接入问题：D2D-U设备接入非授权频段信道的机会受WiFi系统采用802.11CSMA/CA机制限制，D2D-U设备通信之前不会进行信道检测，如果直接接入信道会导致WiFi系统性能明显降低；

经过研究，虽然D2D-U设备采用LBT竞争机制可以保证WiFi用户接入信道的公平性，但是对于商业区等D2D-U设备密集部署的场景，每个D2D-U设备都采用LBT竞争机制，相互干扰和竞争会大大降低WiFi与D2D-U设备接入信道的成功率，影响网络吞吐量。

发明内容

本发明的实施例提供了一种在非授权频段与WiFi共存的D2D通信中的信道分配方法，以实现降低D2D-U设备之间、D2D-U设备与WiFi用户之间的信道干扰。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种在非授权频段与WiFi共存的D2D通信中的信道分配方法，包括：

基于距离将与WiFi共存的D2D-U设备分簇，给每个簇指定一个簇头；

每个簇的簇头根据簇内D2D-U设备成员对周围频谱环境的监测结果，动态选择其所在簇的当前使用信道；

所述簇头代表其所在簇采用竞争机制获取所述当前使用信道的使用权，将所述当前使用信道的资源分配给簇内各个D2D-U设备使用。

进一步地，所述的基于距离将与WiFi共存的D2D-U设备分簇，给每个簇指定一个簇头，包括：

根据各个D2D-U设备的位置坐标，将相互之间位置距离小于设定数值的 D2D-U设备分在同一个簇内，每个簇分配一个簇ID，按照设定的选择策略从每个簇中的所有D2D-U设备中选择一个簇头，每个簇的服务范围是以簇头为中心，以距离d为半径的圆形区域。

进一步地，所述的按照设定的选择策略从每个簇中的所有D2D-U设备中选择一个簇头，包括：

选择拥有直接相邻设备数目最多的D2D-U设备作为簇头；

或者，

选择剩余电量最多的D2D-U设备作为簇头；

或者，

选择与基站之间信道状态最好的D2D-U设备作为簇头；

或者，

选择设备内存最大的D2D-U设备作为簇头。

进一步地，新D2D-U设备寻找加入簇的过程包括：

新D2D-U设备将自己的位置信息广播给周围的簇头；

接收到广播消息的簇头计算此D2D-U设备与自己的距离d_temp，计算Δd＝d- d_temp，若Δd<0，则不做处理；若Δd>0，则所述簇头向所述新D2D-U设备发送携带Δd值和本簇ID号的允许接入信令；

所述新D2D-U设备如果接收到来自周围多个簇头的允许接入信令后，则比较各个允许接入信令中携带Δd的大小，选择Δd最大的那个簇接入，并添加收到的簇ID；如果只接收到一个簇头的允许接入信令，则选择接入并添加收到的簇ID；如果没有收到任何簇头的允许接入信令，则向基站报告，基站自动为其添加一个簇ID，即新建一个簇，将新D2D-U设备暂时定为簇头。

进一步地，所述的每个簇的簇头根据簇内D2D-U设备成员对周围频谱环境的监测结果，动态选择其所在簇的当前使用信道，包括：

D2D-U设备在每次信道扫描时，都记录信道号、使用这个信道的服务集 ID、用户数量，信道扫描结束后，将记录结果反馈给簇头；

所述簇头接收到各个D2D-U设备反馈的记录结果后，筛除掉重复的记录结果，对可用的每个信道的使用频次与用户数量进行统计，统计时相同的服务集ID只统计一次，根据每个信道的使用频次与用户数量对每个信道进行优先级排序，选择优先级高的信道作为其所在簇的当前使用信道。

进一步地，所述的根据每个信道的使用频次与用户数量对每个信道进行优先级排序，包括：

簇头根据每个信道的使用频次与用户数量对每个信道进行优先级排序的排序规则包括：

未使用信道的优先级高于已使用信道的优先级；

使用频次低的信道的优先级高于使用频次高的信道的优先级；

当多个信道的使用频次相同时，信道上的用户数少的信道的优先级高于信道上的用户数多的信道的优先级；

所有未使用信道中，中心频率距离已使用信道优先级最高的信道的中心频率越远则优先级越高。

进一步地，所述的簇头代表其所在簇采用竞争机制获取所述当前使用信道的使用权，包括：

D2D-U设备有通信需求时，向簇头发送调度请求信令，该调度请求信令中携带自己预期传输的总数据包大小，所述簇头根据所有发送调度请求信令的D2D-U设备的信道状态信息、数据传输速率、调制编码格式、预期传输的总数据包大小进行所需资源的预估，来判断一个信道能否满足簇需求；

如果所述簇头根据预估结果判断一个信道能够满足簇需求，则选择最高优先级信道作为其所在簇的当前使用信道，采用LBT竞争机制获取所述最高优先级信道的使用权；如果所述簇头根据预估结果判断一个信道无法满足簇需求，则按照优先级从高到低的顺序选择多个信道作为其所在簇的当前使用信道，采用LBT竞争机制获取所述多个信道的使用权。

进一步地，所述的将所述当前使用信道的资源分配给簇内各个D2D-U设备使用，包括：

所述簇头采用时分复用方式给每个发送调度请求信令的簇内D2D-U设备分配信道资源，通过PSCCH信道发送资源分配信息，该资源分配信息中包含给每个发送调度请求信令的簇内D2D-U设备分配的信道资源信息，所述资源分配信息用RA-C-RNTI进行掩码的，所述RA-C-RNTI根据簇头所在簇的簇ID 而确定；

所述簇头所在簇的簇内D2D-U设备通过PSCCH信道接收到所述资源分配信息后，根据其所在簇的簇ID匹配RA-C-RNTI，根据所述RA-C-RNTI对所述资源分配信息进行解码，根据解码结果获取分配给自己的信道资源。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例针对 WiFi AP位置、WiFi AP工作信道具有随机性的特点，通过将D2D-U设备分成若干个不相交的簇，根据频谱环境，动态调整簇内的工作信道，不仅充分利用了空闲的频谱资源，同时可以实现降低D2D-U设备之间、D2D-U设备与 WiFi用户之间的信道干扰，尽可能提高通信链路的性能。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种D2D-U设备的分簇过程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种局部服务集场景示意图；

图3为本发明实施例提供的一种设备扫描信道流程图；

图4为本发明实施例提供的一种RA实施过程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种探测响应帧格式示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

为了提高系统容量并且保证D2D-U与WiFi的公平共存，本发明实施例提出了一种基于簇的分布式的信道选择机制：

1)分簇选择信道。基于距离将D2D-U设备分簇，分簇形成后，根据簇周围的频谱环境，动态调整簇内的工作信道：可以充分利用空闲的非授权频谱资源，同时也可以降低与WiFi之间的干扰，尽可能提高通信性能，达到双赢。

2)簇头竞争信道。每个簇内工作信道选定后，由簇头代表本簇采用LBT (ListenBefore Talk，先听后说)机制进行信道接入的竞争，信道竞争成功后，簇内D2D-U设备采用时分复用方式进行通信：有效的降低同一信道上位置邻近的竞争者数目，降低碰撞概率，提高信道利用率。

5.1设备分簇

1)分簇方式选择

分簇可以用来降低簇内干扰。

干扰避免的分簇方式有两种：其一，将相互间不会产生干扰或干扰较小的D2D-U设备分入同一簇中，簇中D2D-U设备复用簇头竞争得到的信道。其二，将相互间可能产生严重干扰的D2D-U设备分入同一簇中，簇中D2D-U设备时分复用簇头竞争得到的信道。

但是WiFi干扰具有空间局部性，簇头竞争来的可接入的信道对于簇头周围的WiFi用户来说无干扰，但对于簇中与簇头相隔甚远的其他用户来说，与自己周围WiFi用户可能干扰严重，会导致双方通信性能受到影响。故第二种分簇方法更适应WiFi系统的工作方式，且簇内的用户不会相互干扰，所有的干扰都来自簇外，包括邻簇和邻WiFi AP区域。

2)D2D-U设备分簇

本发明实施例提供的一种D2D-U设备的分簇过程示意图如图1所示，小区中分布着大量的D2D-U设备，本发明实施例把位置相近的D2D-U设备分簇，即将相互之间位置距离小于设定数值的D2D-U设备分在同一个簇内，每个簇分配一个簇ID(ClusterIdentification)。按照设定的选择策略从每个簇中的所有 D2D-U设备中选择一个簇头。

将D2D-U设备分簇的目的就是将相互间可能产生较大干扰的D2D-U设备分入同一个簇中，由簇头代表整个簇进行信道竞争及资源分配，避免簇内干扰，且避免过多D2D-U设备竞争导致WiFi性能下降严重。

分簇时，不预先设定簇的具体数量，也不预先设定簇内D2D-U设备的具体数量。每个簇的服务范围是以簇头为中心，以距离d为半径的圆形区域。分簇的过程是在随机接入时完成的。当一个新的D2D-U设备加入网络时，会向基站上报自己的位置信息。

同时D2D-U设备寻找加入簇的过程如下：

①D2D-U设备将自己的位置信息广播给周围的簇头。

②接收到广播的簇头计算此D2D-U设备与自己的距离为d_temp，计算Δd＝d- d_temp，若Δd<0，则表明新D2D-U设备与自己距离过远，不做处理；若Δd>0，则表明新D2D-U设备与自己距离近，可以加入本簇，并向新D2D-U设备发送允许接入信令、Δd值及本簇ID号。

③新D2D-U设备如果接收到来自周围多个簇头的允许接入信令，则比较Δd 的大小，选择Δd最大的即距离自己最近的那个簇接入，并添加收到的簇ID；如果只接收到一个簇头的允许接入信令，则选择接入并添加收到的簇ID；如果没有收到任何簇头的允许接入信令，则向基站报告，基站自动为其添加一个簇ID，即新建一个簇，将新D2D-U设备暂时定为簇头。

3)簇的维护与变更

当簇内D2D-U簇成员位置发生变更，将更新后的新位置发送给簇头，簇头计算是否在自己服务范围内，如果在，则不做处理，否则通知该成员删除自己的簇ID，并且寻找新的簇加入，过程如上。

当簇头位置变更，与簇服务区域中心点位置的距离大于簇成员到簇服务区域中心点位置的距离，则将自己的簇头身份移交给距离簇服务区域中心点位置最近的簇成员，并发广播通知簇成员，否则继续担任簇头。

4)簇头的确定

每个簇需要确定一个簇头，新簇形成时簇头由基站确定，在不同的应用场合使用不同的规则。这些信息在随机接入成功后以及进行信道测量时基站均可以获得。

例如：

选择拥有直接相邻设备数目最多的D2D-U设备；

选择剩余电量最多的D2D-U设备；

选择与基站之间信道状态信息(Channel State Information，CSI)最好的 D2D-U设备；

选择设备内存最大的D2D-U设备；

5.2信道选择

信道选择可以降低簇外干扰。

频谱资源具有空间复用的特性，簇与簇或者簇与WiFi AP之间的距离如果比较远则可以复用相同信道进行传输，所以每个簇在进行信道选择时，只需根据当前簇周围的频谱环境做选择。

本发明实施例提出了一种基于排序的信道选择算法，某簇选择信道时，利用簇内D2D-U设备成员对周围频谱环境的监测结果，簇头对可用信道进行优先级排序，优先选择优先级高的信道使用。

本发明实施例基于信道使用频次及信道负载进行优先级排序，以降低相邻服务集(AP、簇)之间的干扰为目标。D2D-U设备在每次信道扫描时，都记录信道号、使用这个信道的服务集ID、用户数量。信道扫描结束后，将扫描结果反馈给簇头，簇头对每个信道的使用频次与负载进行统计，不同设备可能会提交相同的扫描结果，对于信道号和服务集ID相同的反馈结果只统计一次。

图2为本发明实施例提供的一种局部服务集场景图，如图2所示，中心服务集是一个簇，簇内有4个D2D-U设备，一个簇头，三个簇成员，处于中心的簇周围有5个服务集，分别标记为A、B、C、D、E，使用的信道分别为149、 153、157、149、153(以中国大陆可使用的信道为例)。每个D2D-U设备定期进行信道扫描(因为实际部署中，AP设备更换信道的概率很低，故设备扫描周期时间以小时为单位)，并将扫描结果反馈给所在簇的簇头，簇头根据收集的频谱信息选择信道。假设当前是三个设备的扫描结果如表1所示。

表1设备扫描结果

每个D2D-U设备将扫描得到的表中服务集ID不为NULL的信道号+服务集 ID+用户数量反馈给簇头，簇头筛除掉重复的记录结果，对这些记录结果数据进行统计，统计每个信道使用的频次与用户数量。统计时，相同的服务集ID 只统计一次。从表1中可以看出，中心簇周围，信道149有两个服务集A和D使用；信道153有两个服务集B和E在使用；信道157有1个服务集C在使用。那在簇头处统计结果如表2所示。

表2簇头统计结果

簇头完成结果统计后，优先根据信道的使用频次排序。排序规则为：未使用信道的优先级高于已使用信道的优先级。优先排列已使用的信道，即使用频次不为0的信道：谁的使用频次低则优先级高，当多个信道的使用频次相同时，比较信道上的用户数量，信道上的用户数越少则优先级越高；然后排列未使用的信道即使用频次为0的信道：谁的中心频率距离已使用信道优先级最高的信道的中心频率越远则优先级越高。

设计这样的排序规则，主要是为了降低相邻服务集之间的同频干扰和邻频干扰。让两个相邻的服务集使用两个中心频率尽可能远的信道。不仅可以提高信道利用率，还可以提高网络吞吐量。

5.3信道竞争

簇形成且簇内信道确定后，簇头代表全簇采用LBT竞争机制进行当前信道接入的竞争，这时簇内成员是不进行竞争的，一旦获得接入机会，簇头按照簇内用户需求进行资源分配。这样做的目的是减少当前信道上相邻竞争者数目，降低碰撞概率，同时避免簇内干扰。

5.4资源分配及传输过程

资源分配及传输过程可以归纳为以下的步骤：

步骤1:D2D-U设备接入网络后，在没有数据传输时，主动扫描信道，监测周围的频谱环境。图3为本发明实施例提供的一种设备扫描信道流程图，包括如下的处理过程：

①D2D-U设备采用LBT竞争机制获取当前信道的使用权；

②D2D-U设备发送一个包含自身MAC地址的广播探测请求帧(Probe RequestFrame)；

③D2D-U设备启动探测定时器；

④D2D-U设备在最大信道等待时间(Max Channel Time)内等待探测响应帧，同时记录探测时间内接收到的所有响应；

⑤D2D-U设备探测定时器超时后，切换到下一信道，重复步骤①-④，直到扫描完所有信道。

⑥D2D-U设备将自己的信道扫描结果发送给簇头，簇头进行结果统计。

步骤2:D2D-U设备具有通信需求时，向簇头发送调度请求(Scheduling Request,SR)信令，发起上行调度请求，并将自己预期传输的总数据包大小发送给簇头。

步骤3:簇头根据发送调度请求D2D-U设备的信道状态信息(Channel Stateinformation，CSI)、数据传输速率、调制编码格式、预期传输的总数据包大小进行所需资源的预估，来确定一个信道能否满足簇需求；

步骤4:根据步骤3的预估结果，如果一个信道就可以满足簇需求，则只需要选择最高优先级信道，由簇头采用LBT竞争机制进行信道的竞争接入；如果一个信道无法满足簇需求，则需要选择最高优先级和次最高优先级两个信道，因为簇头无法同时进行两个信道的竞争接入，故簇头进行最高优先级信道的竞争接入，随机指定一个簇成员进行次最高优先级信道的竞争接入。

步骤5:信道竞争成功后，采用时分的方式调度成员的通信。图4为本发明实施例提供的一种RA实施过程示意图，包括如下的处理过程：

簇头将RA(Resource Allocation，资源分配)的信息通过PSCCH(PhysicalSidelink Control Channel，物理sidelink控制信道)信道反馈给发送调度请求的簇内成员，RA信息中包含给每个发送调度请求信令的簇内D2D-U设备分配的信道资源信息。注意，这个RA信息是用一个RA-C-RNTI进行掩码的，类似于 TC-RNTI(Temporary Cell-RadioNetwork Temporary Identifier，临时小区无线网络标识号)，而不是给簇内的每个成员都分配一个RA-C-RNTI。RA-C-RNTI可以根据簇头所在簇的簇ID而确定，比如可以直接设定RA-C-RNTI为该簇的簇 ID。簇头所在簇的簇内D2D-U设备通过PSCCH信道接收到所述资源分配信息后，根据其所在簇的簇ID匹配RA-C-RNTI，根据所述RA-C-RNTI对所述资源分配信息进行解码，根据解码结果获取分配给自己的信道资源。这样该簇的所有成员都可以译出资源分配信息，从而获得分配给自己的RA信息。这样，通过在PSCCH信道上发送一个信令就可以为该簇设备提供RA的信息，降低了 PSCCH的信令开销。

步骤6:D2D-U对中发送方D2D-U_T接收到来自簇头的RA信息后，把这一信息通知给接收方D2D-U_R。这一信息被称为SCI(Sidelink Control Information， sidelink控制信息)。由于PC5接口(D2D-U设备之间通信使用的)没有反馈链路，为保证可靠性，SCI信息重复发送两次。D2D-U_T播报的SCI信息中包含 D2D-UR的Member ID。D2D-U_R用户侦测到SCI信息，检查SCI信息中包含的 Member ID，如果与自己的对应，则接收，否则将该SCI作为干扰忽略。

步骤7:PC5属于无连接接口，所以闭环链路适应机制例如AMC(AdaptiveModulation and Coding)、H-ARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)等都不可以使用。将MCS(Modulation and Coding Scheme)信息包含在SCI中发送方就可以依据信道状态信息动态调整MCS，确定最佳调制和编码方案，传输数据，接收端收到数据后进行译码和解调。

步骤8:簇内通信完成后，由簇头释放资源。

探测响应帧结构如图5所示：

信息元素

操作类别

服务集ID

信道号

用户数量

信息元素用来区分不同的信息。操作类别指明了当前使用的频谱，这主要受不同地区的法规限制。服务集ID指明设备所在的服务集。信道号指明此服务集使用的信道。用户数量指明此服务集中的用户数量。

综上所述，本发明实施例针对WiFi AP位置、WiFi AP工作信道具有随机性的特点，通过将D2D-U设备分成若干个不相交的簇，根据频谱环境，动态调整簇内的工作信道，不仅充分利用了空闲的频谱资源，同时可以实现降低 D2D-U设备之间、D2D-U设备与WiFi用户之间的信道干扰，尽可能提高通信链路的性能。

针对WiFi干扰的时空局部特性，D2D-U设备只需要监测局部频谱环境。计算简单，节约能源，除了少量的计算外，最大的能量开销就是周期性采集信道状态，而该操作本身十分廉价。

设备协作，每个设备以分布式方式感知周围频谱环境。

针对办公区、商业区等D2D-U设备密集部署的特点，以簇为单位采用LBT 竞争机制进行非授权信道的接入。这样可以减少信道接入的竞争者数量，从而降低碰撞概率，避免用户长时间处于退避状态，大大的增加成功传输的几率。

簇内成员相互之间的干扰度很大，簇头获得接入信道的机会后，由簇头给簇内成员进行资源分配，避免簇内干扰。

以簇为单位来进行信道的接入和资源的分配，每个簇使用一个簇ID进行掩码的信令，簇头发送一个信令则簇中所有成员都可以获悉该信令，而不必为每个D2D-U设备分配一个RNTI，可以大大降低信令开销。

针对PC5接口的无连接性，将MCS包含在SCI中，可以增加D2D-U通信的信道适应性，提高平均频谱利用率，进而提高系统容量。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，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。尤其，对于装置或系统实施例而言，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。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种在非授权频段与WiFi共存的D2D通信中的信道分配方法，其特征在于，包括：

基于距离将与WiFi共存的D2D-U设备分簇，给每个簇指定一个簇头；

每个簇的簇头根据簇内D2D-U设备成员对周围频谱环境的监测结果，动态选择其所在簇的当前使用信道；

所述簇头代表其所在簇采用竞争机制获取所述当前使用信道的使用权，将所述当前使用信道的资源分配给簇内各个D2D-U设备使用；

所述的簇头代表其所在簇采用竞争机制获取所述当前使用信道的使用权，包括：

D2D-U设备有通信需求时，向簇头发送调度请求信令，该调度请求信令中携带自己预期传输的总数据包大小，所述簇头根据所有发送调度请求信令的D2D-U设备的信道状态信息、数据传输速率、调制编码格式、预期传输的总数据包大小进行所需资源的预估，来判断一个信道能否满足簇需求；

如果所述簇头根据预估结果判断一个信道能够满足簇需求，则选择最高优先级信道作为其所在簇的当前使用信道，采用LBT竞争机制获取所述最高优先级信道的使用权；如果所述簇头根据预估结果判断一个信道无法满足簇需求，则按照优先级从高到低的顺序选择多个信道作为其所在簇的当前使用信道，采用LBT竞争机制获取所述多个信道的使用权；

新D2D-U设备寻找加入簇的过程包括：

新D2D-U设备将自己的位置信息广播给周围的簇头；

接收到广播消息的簇头计算此D2D-U设备与自己的距离d_temp，计算Δd＝d-d_temp，若Δd<0，则不做处理；若Δd>0，则所述簇头向所述新D2D-U设备发送携带Δd值和本簇ID号的允许接入信令；

所述新D2D-U设备如果接收到来自周围多个簇头的允许接入信令后，则比较各个允许接入信令中携带Δd的大小，选择Δd最大的那个簇接入，并添加收到的簇ID；如果只接收到一个簇头的允许接入信令，则选择接入并添加收到的簇ID；如果没有收到任何簇头的允许接入信令，则向基站报告，基站自动为其添加一个簇ID，即新建一个簇，将新D2D-U设备暂时定为簇头。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基于距离将与WiFi共存的D2D-U设备分簇，给每个簇指定一个簇头，包括：

根据各个D2D-U设备的位置坐标，将相互之间位置距离小于设定数值的D2D-U设备分在同一个簇内，每个簇分配一个簇ID，按照设定的选择策略从每个簇中的所有D2D-U设备中选择一个簇头，每个簇的服务范围是以簇头为中心，以距离d为半径的圆形区域。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的按照设定的选择策略从每个簇中的所有D2D-U设备中选择一个簇头，包括：

选择拥有直接相邻设备数目最多的D2D-U设备作为簇头；

或者，

选择剩余电量最多的D2D-U设备作为簇头；

或者，

选择与基站之间信道状态最好的D2D-U设备作为簇头；

或者，

选择设备内存最大的D2D-U设备作为簇头。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述的每个簇的簇头根据簇内D2D-U设备成员对周围频谱环境的监测结果，动态选择其所在簇的当前使用信道，包括：

D2D-U设备在每次信道扫描时，都记录信道号、使用这个信道的服务集ID、用户数量，信道扫描结束后，将记录结果反馈给簇头；

所述簇头接收到各个D2D-U设备反馈的记录结果后，筛除掉重复的记录结果，对可用的每个信道的使用频次与用户数量进行统计，统计时相同的服务集ID只统计一次，根据每个信道的使用频次与用户数量对每个信道进行优先级排序，选择优先级高的信道作为其所在簇的当前使用信道。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的根据每个信道的使用频次与用户数量对每个信道进行优先级排序，包括：

簇头根据每个信道的使用频次与用户数量对每个信道进行优先级排序的排序规则包括：

未使用信道的优先级高于已使用信道的优先级；

使用频次低的信道的优先级高于使用频次高的信道的优先级；

当多个信道的使用频次相同时，信道上的用户数少的信道的优先级高于信道上的用户数多的信道的优先级；

所有未使用信道中，中心频率距离已使用信道优先级最高的信道的中心频率越远则优先级越高。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的将所述当前使用信道的资源分配给簇内各个D2D-U设备使用，包括：

所述簇头采用时分复用方式给每个发送调度请求信令的簇内D2D-U设备分配信道资源，通过PSCCH信道发送资源分配信息，该资源分配信息中包含给每个发送调度请求信令的簇内D2D-U设备分配的信道资源信息，所述资源分配信息用RA-C-RNTI进行掩码的，所述RA-C-RNTI根据簇头所在簇的簇ID而确定；

所述簇头所在簇的簇内D2D-U设备通过PSCCH信道接收到所述资源分配信息后，根据其所在簇的簇ID匹配RA-C-RNTI，根据所述RA-C-RNTI对所述资源分配信息进行解码，根据解码结果获取分配给自己的信道资源。

Images