CN109451471A

CN109451471A - 一种同频信道d2d中继通信方法及系统、计算机设备、介质

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Publication number: CN109451471A
Application number: CN201811139173.6A
Authority: CN
Inventors: 李星南; 李伟坚; 付佳佳; 张国翊; 吴赞红; 施展
Original assignee: Guangdong Power Grid Co Ltd; Electric Power Dispatch Control Center of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: Guangdong Power Grid Co Ltd; Electric Power Dispatch Control Center of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2019-03-08
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: CN109451471B

Abstract

本发明提供一种同频信道D2D中继通信方法及系统、计算机设备、介质，该方法，包括：根据盲点设备与正常通信设备之间的第一信噪比、所述正常通信设备与基站之间的第二信噪比，在所述正常通信设备中为所述盲点设备筛选候选中继节点；为所述盲点设备与所述候选中继节点选择候选通信频道；为各盲点设备在所述候选中继节点、候选通信频道中分别选择中继节点、通信频道的组合，作为组网拓扑结构，以使得各盲点设备在无中继节点冲突、无通信频道冲突的情况下，最多的盲点设备能够实现通信。本发明提供的通信方法，在考虑中继节点的通信情况下，对盲点设备进行通信，在各种可能的组合情形中，选择出能为最多盲点设备提供通信的方案。

Description

一种同频信道D2D中继通信方法及系统、计算机设备、介质

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种同频信道D2D中继通信方法及系统、计算机设备、介质。

背景技术

相比传统电网来说，智能电网的显著特征是双向的通信流，使得发电、输电、变电、用电各个环节能保证信息的及时准确传达。智能电网离不开一个成熟、安全、可靠和完善的通信网支撑平台。目前我国的配用电通信网存在多种接入技术混合应用的问题,需要对智能配用电通信网进行综合管理。管理信息模型是实现网络管理功能的基础,要实现智能配用电通信网的综合管理, 必须对有多种通信技术构成的配用电通信网建立起相应的管理信息模型。智能配用电通信网中使用多种通信接入技术,其中主要使用无线宽带接入以及光纤接入。无线宽带接入部分是基于TD-LTE技术的,光纤接入部分是基于EPON 技术的。

国内智能电网主要通过电力无线专网(TD-LTE技术)采集电表、配变开关等数据。目前已经在珠海、广州、深圳、东莞、佛山等多地建设网络，开展多种电力业务。在国家能源局发布《配电网建设改造计划(2015-2020年)》后，全国配电网改造升级明显加速，对通信网络的需求进一步提升，加快建设电力终端通信接入网，打通“最后一公里”成为电力通信网建设的重中之重，而电力无线专网因其安全可靠、泛在灵活的优势，成为支撑电力终端通信接入网建设的重要选择。电力无线专网产业联盟凝聚科研机构、通信设备生产商、系统集成商、通信服务商等产业骨干力量，旨在加强以LTE 230为主、涵盖LTE 1800、NB-IoT、LoRa等技术体制的无线专网技术研发应用，制定、推广电力无线专网标准体系，构建完善的电力无线专网产业生态，促进电力无线专网产业发展，满足智能电网多业务承载需求，增强电网综合服务水平。

电力无线宽带专网建设首先要解决的问题是网络覆盖，然而专网建设存在覆盖盲区是不可避免的。原因主要有三：(1)从网络建设规模来看，相对于公网来说，专网建设初期基站规模很有限，此外基站选址自由度低，局限在自有物业(变电站或者电网自有的行政楼)，因此现阶段对小区边缘全覆盖存在很大难度；(2)从经济成本来看，由于基站建设投资较大，增加基站部署以覆盖少数离散盲点是不经济的，现阶段可以通过公网无线、载波或者光纤对离散点补充覆盖；(3)从终端节点布局位置来看，配网以及计量自动化终端所处的电房位置一般处于比较隐蔽的角落，仍然有一部分电房处于地下室，因此，较大的阴影衰落和地下电房周围墙体对信号的穿透衰减都会造成宏基站发射信号无法覆盖所有电房。

相比于现有的覆盖增强技术，Device-to-Device(D2D)通信是解决电力无线宽带专网盲区覆盖更为有效的手段。通过现有成熟技术对盲区节点进行补充覆盖存在诸多问题：(1)增加额外的中继基站对盲区节点覆盖会带来额外的成本开销，并且中继设备的取电以及维护施工仍然存在安全隐患(比如增加微蜂窝基站)；(2)3GPP组织引入家庭基站(Femto Base Station)方案以解决室内覆盖的问题，用户可以根据需要自行搭建家庭基站来提高室内覆盖网络容量和频谱利用率，然而家庭基站接入点需要通过有线网络接入到宏蜂窝核心网，这在配用电的电房环境是难以实现的；(3)使用Wi-Fi直连或蓝牙技术作为盲点的Ad Hoc中继，因占用2.4GHz公共频段干扰无法控制和预知，使得通信可靠性以及安全性都无法得到保证，此外额外的人工配对使得该方式灵活性大大降低。

在小区边缘或者地下室复杂环境里，D2D(Device to Device，设备到设备) 技术可以通过现有已覆盖的终端对周边的盲点复用宏蜂窝频谱进行中继通信，是可行且可靠的，且无需增加额外设备，减少设备成本和施工难度。对于智能电网应用来说，终端具有静止不动的特殊性，使得D2D配对更为稳定，给D2D通信带来了更适宜的实施环境。此外，D2D具有提高频谱利用率、增大网络吞吐量、减少节点传输功率、为基站分担负载等优势。需要指出的是， D2D通信仍然受限于具体的无线环境，理论上仍然存在诸多局限。

因此，如何提出一种同频信道D2D中继通信方案，能够使得更多的通信盲点能够进行通信，并且不减少对其他的正常通信节点的干扰，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种同频信道D2D中继通信方法及系统、计算机设备、介质，能够使得更多的通信盲点能够进行通信，并且不减少对其他的正常通信节点的干扰。其具体方案如下：

第一方面，本发明提供一种同频信道D2D中继通信方法，包括：

根据盲点设备与正常通信设备之间的第一信噪比、所述正常通信设备与基站之间的第二信噪比，在所述正常通信设备中为所述盲点设备筛选候选中继节点；

为所述盲点设备与所述候选中继节点选择候选通信频道；

为各盲点设备在所述候选中继节点、候选通信频道中分别选择中继节点、通信频道的组合，作为组网拓扑结构，以使得各盲点设备在无中继节点冲突、无通信频道冲突的情况下，最多的盲点设备能够实现通信。

优选地，

所述为所述盲点设备与所述候选中继节点选择候选通信频道，包括：

依次选择可用通信频道作为所述盲点设备与所述候选中继节点的尝试通信频道；

确定使用所述尝试通信频道的正常通信设备作为干扰通信设备；

根据所述盲点设备与所述干扰通信设备间相互的同频干扰的信干噪比，判断所述尝试通信频道是否能够作为所述盲点设备与所述候选中继节点的候选通信频道。

优选地，在所述为各盲点设备在所述候选中继节点、候选通信频道中分别选择中继节点、通信频道的组合，作为组网拓扑结构，以使得各盲点设备在无中继节点冲突、无通信频道冲突的情况下，最多的盲点设备能够实现通信之后，还包括：

当所述干扰通信设备为候选中继节点时，判断所述干扰通信设备与所述基站之间的信干噪比是否不小于第三信干噪比阈值；其中，所述第三信干噪比阈值为所述最小信干噪比值的平方与所述第一信噪比的两倍之和；最小信噪比值为保持所述盲点设备与所述正常通信设备、所述正常通信设备与基站正常通信的信干噪比值；

如果是，则判定所述干扰通信设备为另一盲点设备的候选中继节点。

优选地，

所述根据盲点设备与正常通信设备之间的第一信噪比、所述正常通信设备与基站之间的第二信噪比，在所述正常通信设备中为所述盲点设备筛选候选中继节点，包括：

判断盲点设备与正常通信设备之间的第一信噪比是否不小于第一信噪比阈值，所述正常通信设备与基站之间的第二信噪比是否不小于第二信噪比阈值，其中，所述第二信噪比阈值为所述第一信噪比的平方与所述第一信噪比的两倍之和；其中，第一信噪比阈值为保持所述盲点设备与所述正常通信设备、所述正常通信设备与基站正常通信的最小信噪比值；

如果均是，那么判断所述正常通信设备为所述盲点设备的候选中继节点。

第二方面，本发明提供一种同频信道D2D中继通信系统，包括：

候选节点筛选模块，用于根据盲点设备与正常通信设备之间的第一信噪比、所述正常通信设备与基站之间的第二信噪比，在所述正常通信设备中为所述盲点设备筛选候选中继节点；

候选信道选择模块，用于为所述盲点设备与所述候选中继节点选择候选通信频道；

拓扑结构组合模块，用于为各盲点设备在所述候选中继节点、候选通信频道中分别选择中继节点、通信频道的组合，作为组网拓扑结构，以使得各盲点设备在无中继节点冲突、无通信频道冲突的情况下，最多的盲点设备能够实现通信。

优选地，

所述候选信道选择模块，包括：

信道尝试单元，用于依次选择可用通信频道作为所述盲点设备与所述候选中继节点的尝试通信频道；

干扰设备确定单元，用于确定使用所述尝试通信频道的正常通信设备作为干扰通信设备；

候选信道选择单元根据所述盲点设备与所述干扰通信设备间相互的同频干扰的信干噪比，判断所述尝试通信频道是否能够作为所述盲点设备与所述候选中继节点的候选通信频道。

优选地，还包括：

干扰阈值判定模块，用于当所述干扰通信设备为候选中继节点时，判断所述干扰通信设备与所述基站之间的信干噪比是否不小于第三信干噪比阈值；其中，所述第三信干噪比阈值为所述最小信干噪比值的平方与所述最小信干噪比值的两倍之和；最小信噪比值为保持所述盲点设备与所述正常通信设备、所述正常通信设备与基站正常通信的信干噪比值；

干扰中继确定模块，用于如果所述干扰通信设备与所述基站之间的信干噪比不小于第三信干噪比阈值，则判定所述干扰通信设备为另一盲点设备的候选中继节点。

优选地，

所述候选节点筛选模块，包括：

信噪比比对单元，用于判断盲点设备与正常通信设备之间的第一信噪比是否不小于第一信噪比阈值，所述正常通信设备与基站之间的第二信噪比是否不小于第二信噪比阈值，其中，所述第二信噪比阈值为所述第一信噪比的平方与所述第一信噪比的两倍之和；其中，第一信噪比阈值为保持所述盲点设备与所述正常通信设备、所述正常通信设备与基站正常通信的最小信噪比值；

候选节点判定单元，用于如果判断盲点设备与正常通信设备之间的第一信噪比不小于第一信噪比阈值，所述正常通信设备与基站之间的第二信噪比不小于第二信噪比阈值，那么判断所述正常通信设备为所述盲点设备的候选中继节点。

第三方面，本发明提供一种同频信道D2D中继通信计算机设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述同频信道 D2D中继通信方法的步骤。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述同频信道D2D中继通信方法的步骤。

本发明提供一种同频信道D2D中继通信方法，包括：根据盲点设备与正常通信设备之间的第一信噪比、所述正常通信设备与基站之间的第二信噪比，在所述正常通信设备中为所述盲点设备筛选候选中继节点；为所述盲点设备与所述候选中继节点选择候选通信频道；为各盲点设备在所述候选中继节点、候选通信频道中分别选择中继节点、通信频道的组合，作为组网拓扑结构，以使得各盲点设备在无中继节点冲突、无通信频道冲突的情况下，最多的盲点设备能够实现通信。本发明提供的通信方法，在考虑中继节点的通信情况下，对盲点设备进行通信，并且考虑了对其他的采用同频信道的节点的影响，在各种可能的组合情形中，选择出能为最多盲点设备提供通信的方案，从而能够使得更多的通信盲点能够进行通信，并且不减少对其他的正常通信节点的干扰。

本发明提供的一种同频信道D2D中继通信系统、计算机设备、介质，也具有上述的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的一种同频信道D2D中继通信方法的流程图；

图2为本发明一种具体实施方式所提供的选择候选通信频道的流程图；

图3为本发明实施例具体应用情形的地下室盲点设备通信示意图；

图4为本发明一种具体实施方式所提供的宏蜂窝同频干扰D2D中继示意图；

图5为本发明一种具体实施方式所提供的一种多盲点设备的通信示意图；

图6为本发明一种具体实施方式所提供的一种同频信道D2D中继通信系统的组成示意图；

图7为本发明一种具体实施方式所提供的候选信道选择模块的组成示意图；

图8为本发明一种具体实施方式所提供的一种同频信道D2D中继通信系统的拓展组成示意图；

图9为本发明一种具体实施方式所提供的候选节点筛选模块的组成示意图；

图10为本发明又一种具体实施方式所提供的计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参考图1、图2，图1为本发明一种具体实施方式所提供的一种同频信道 D2D中继通信方法的流程图；图2为本发明一种具体实施方式所提供的选择候选通信频道的流程图。

在本发明的一种具体实施方式中，本发明实施例提供一种同频信道D2D 中继通信方法，包括：

S11：根据盲点设备与正常通信设备之间的第一信噪比、所述正常通信设备与基站之间的第二信噪比，在所述正常通信设备中为所述盲点设备筛选候选中继节点；

在本发明实施例中，首先需要对盲点设备与正常通信设备之间的第一信噪比，该正常通信设备与基站之间的第二信噪比进行计算，因为对于一个正常通信设备来说，其能够正常通信，则证明其与基站之间的第二信噪比已经大于最小信噪比门限γ_min，其中最小信噪比门限γ_min为两通信设备维持正常通信速率情形下的最小信噪比值，但是对于一个将要作为候选中继节点的通信设备来说，却远远不够，需要更加严苛的条件。

例如在一种实施例中，判断盲点设备与正常通信设备之间的第一信噪比是否不小于第一信噪比阈值，所述正常通信设备与基站之间的第二信噪比是否不小于第二信噪比阈值，其中，所述第二信噪比阈值为所述第一信噪比的平方与所述第一信噪比的两倍之和；其中，第一信噪比阈值为保持所述盲点设备与所述正常通信设备、所述正常通信设备与基站正常通信的最小信噪比值；如果均是，那么判断所述正常通信设备为所述盲点设备的候选中继节点。也就是说，第二信噪比阈值为在第二信噪比大于该第二信噪比阈值的情况下，才能将该正常通信设备作为候选中继节点。

S12：为所述盲点设备与所述候选中继节点选择候选通信频道；

在为盲点设备选择了候选中继节点后，需要为其选择通信频道，具体通信频道的选择，可以选择整个通信系统没有使用的通信频道，当然，如果可以用的通信频道都被使用的情形下，也可以采用对其他设备的通信影响不大的通信频道，例如使用具体该盲点设备和候选中继节点较远的通信设备所使用的通信频道。

S13：为各盲点设备在所述候选中继节点、候选通信频道中分别选择中继节点、通信频道的组合，作为组网拓扑结构，以使得各盲点设备在无中继节点冲突、无通信频道冲突的情况下，最多的盲点设备能够实现通信。

在上述步骤中，为各盲点设备选择了候选中继节点，而盲点设备与候选中继节点对应的又有各种可以使用的候选通信频道。现在需要在各种可能的组合中选择能够使得各盲点设备在无中继节点冲突、无通信频道冲突的情况下，最多的盲点设备能够实现通信的那个组合。

具体地，可以将盲点设备编号设置为m，候选中继节点的编号设置为i，候选通信频道编号设置为j，那么对每一个盲点设备来说就是(m,i,j)的三元组的组合问题。得到候选三元组Ω的集合后，最优化问题转化为最大三部图匹配问题，即找到一个三元组集合匹配集合使得集合Ω_D的元素个数(表示为 |Ω_D|)最多。三部图匹配是相邻边的子集，不过子集中任何边不能共用同一个节点。Ω_D是一个三部图匹配当且仅当任意两个不同的三元组(m₁，i₁，j₁)∈Ω_D和 (m₂，i₂，j₂)∈Ω_D，可以保证m₁≠m₂,i₁≠i₂以及j₁≠j₂。在这里，这种匹配意味着不同的DUE占用不同的信道和中继节点，同时，对于任意DUE，对应的同频节点和中继节点是两个不同的节点。最大三部图匹配问题是一个图论中的典型NP-Hard问题。为了便于中继节点和信道的最优分配，本发明可基于最大二部图匹配的经典KM(Kuhn-Munkres)算法，分别进行分配中继节点的匹配和信道匹配。当然也可以采用，程序的方式，筛选出各种可能的实施组合，在得到各种实施组合后，挑选出个实施组合中元素最多的那个，即为本发明的最优解，来作为组网拓扑结构。

进一步地，为了为所述盲点设备与所述候选中继节点选择候选通信频道，可以进行以下步骤：

S121：依次选择可用通信频道作为所述盲点设备与所述候选中继节点的尝试通信频道；

在一个通信系统中，存在若干的可用通信频道，而本发明实施例需要在这些可用通信频道中进行选择，有些通信频道已经被其他的正常通信设备使用，那么如果盲点设备采用这些同频通信频道进行通信，那么就会对其他的正常通信设备造成干扰，所以需要在其中选择并进行尝试。

S122：确定使用所述尝试通信频道的正常通信设备作为干扰通信设备；

在选择了尝试通信频道后，可以根据这个尝试通信频道确定使用该尝试通信频道的正常通信设备，这个正常通信设备与基站之间的通信与盲点设备与中继节点之间的通信会造成互相的同频干扰。

S123：根据所述盲点设备与所述干扰通信设备间相互的同频干扰的信干噪比，判断所述尝试通信频道是否能够作为所述盲点设备与所述候选中继节点的候选通信频道。

这时，需要计算盲点设备与干扰通信设备之间互相的影响是否会造成通信的不能顺利进行，一般情况下，如果干扰通信设备距离候选中继设备或盲点设备的距离在一定范围内，那么就会造成通信干扰，因为不能使用该通信频道作为候选通信频道，但是如果干扰通信设备具体候选中继设备或盲点设备的距离比较远，那么该通信频道可以作为与该候选中继节点相对应的候选通信频道，值得提出的是，一个盲点设备可能对应多个不同的候选中继节点，而每个候选中继节点由于各自通信情况、地理位置的不同，因此，可能对应不同的候选通信频道。

更进一步地，在上述具体实施方式的基础上，本实施例为进一步地保证正常通信的进行，因为上述具体实施方式中的干扰通信设备也有可能是其他的盲点设备的中级节点，所以对于该干扰通信设备来说，当该干扰通信设备为候选中继节点时，判断所述干扰通信设备与所述基站之间的信干噪比是否不小于第三信干噪比阈值；其中，所述第三信干噪比阈值为所述最小信干噪比值的平方与所述第一信噪比的两倍之和；最小信噪比值为保持所述盲点设备与所述正常通信设备、所述正常通信设备与基站正常通信的信干噪比值；如果是，则判定所述干扰通信设备为另一盲点设备的候选中继节点。也就是说，需要对该干扰通信设备的信干噪比进行更严苛的限制。

请参考图3、图4、图5，图3为本发明实施例具体应用情形的地下室盲点设备通信示意图；图4为本发明一种具体实施方式所提供的宏蜂窝同频干扰 D2D中继示意图；图5为本发明一种具体实施方式所提供的一种多盲点设备的通信示意图。

图3中，盲点通信设备位于地下室中，无法与基站进行直接通信，只能通过同样位于地下室，但是能够与基站进行直接通信的另一个设备进行通信，这就是D2D通信。

如图4，在基站(BS0)的覆盖范围内，三个终端(UE1/UE2/UE3)占用频谱f1和f2向基站上传数据。在最大上行发射功率P_max的限制下，终端上行链路传输速率必须不小于最低速率门限值R_l，否则该链路处于中断状态。此外，由于最高调制编码方式以及终端的最大传输量的局限，当速率达到速率上界 R_u时，更高的信干噪比不能带来更多的速率增益。令最低速率门限值R_l和速率上界R_u对应的信干噪比分别为γ_l和γ_u。

由于UE3所处无线环境恶劣(比如终端部署在地下室的电力开关房内或者处于小区的覆盖边缘)，穿透损耗以及阴影衰落使得盲点UE3无法完成数据传输，即链路UE3-BS0的信干噪比γ_3-0小于信干噪比门限值γ_l。为了保证UE3的上行传输，本项目利用盲点周边的UE1与UE3建立D2D通信，把UE1作为中继节点回传盲点的数据。UE1不仅仅需要上传自身的数据，也需要上传UE3的数据，因此对链路UE1-BS0的信干噪比提出了更高的要求。

D2D中继涉及到的链路UE3-UE1、UE2-BS0和UE1-BS0的信干噪比表示为

其中，h为链路的信道响应(包括大尺度衰落和小尺度衰落)，P_i是UEi 的发射功率，N₀是加性高斯白噪声的平均功率，i取1、2、3。

然而，在实际应用中，却不可能有如此简单的拓扑结构，可能存在多个盲点设备，多个正常通信的设备，而且盲点设备之间可能存在这通信频道、候选中继节点的选择上的冲突。

在实践中，本发明的一种实施例，本专利建立单基站宏蜂窝覆盖模型，共有N+M个电力终端上传数据至基站侧，其中N个终端(CUE1,CUE2,…,CUEN)是激活状态(即，上下行接收功率大于中断门限-110dBm)，M个终端 (DUE1,DUE2,…,DUEM)处于覆盖盲区，处于中断状态。这M个终端由于各种实际场景，受到墙体穿透衰减或者阴影衰落，使得接收功率无法达到中断门限值，比如该终端处于地下室或者小区覆盖边缘。

采用基于门限的中继方式，如果中继-基站链路的信噪比低于门限该中继不会牺牲自己的传输带宽去救助处于中断的终端DUE。所有的中继建立和释放过程都是由基站通过控制信令完成的，所有终端把接收的功率通过上行控制信道反馈给基站。如果各个终端可以共享信息，则这种中继链路的控制功能可以以分布式方式解决。本专利主要针对基站集中控制方式来阐述。

我们认为宏蜂窝上行链路处于满载状态，即N个终端占用了所有N个可用的上行信道，并且所有终端都有持续的数据进行传输。D2D链路DUE1-CUE2 复用了CUE1的上行传输频率(f1)，不过D2D连接需要合理处理以满足 DUE1-CUE2和CUE2-BS两条链路的QoS需求，同时，D2D连接必须要保证对于整个宏蜂窝网络带来的干扰小于门限值。此外，我们假设一个激活状态的终端只能去中继救助一个盲区终端，且一个宏蜂窝信道只能被一条D2D链路复用，以避免复杂的干扰协调问题。

链路CUEn-BS链路的信道衰落表示为

其中，|h_Cn,BS|²是小尺度信道衰落(服从复指数分布)，ξ_Cn,BS代表墙体穿透衰减或者阴影衰落，c,α分别表示信道衰减常数和信道衰减因子，d_Cn,BS是两个节点的距离。同理，链路DUEm-BS,DUEm-CUEn,CUEi-CUEj的信道增益分别表示为g_Dm,BS,g_Dm,Cn,g_Ci,Cj。同时，三条链路的信干噪比分别为γ_Dm,BS,γ_Dm,Cn,γ_Ci,Cj。此外，我们假设该无线信道是慢衰落的，所以可以假设所有的信道信息可以在基站侧收集准确，以便于下面的分析优化。

相对于运营商的无线公网来说，电力无线专网从投资规模、站点选址的自由度来看都是很有限的，因此专网建设存在覆盖盲区是不可避免的。为了以经济可行的方式解决盲区的补充覆盖问题，本节利用D2D中继的方法来建立D2D链路，以最小化整体网络(所有数据终端)的中断概率，换而言之，最大化盲节点的接入概率。这里首先要解决的关键问题是为所有盲节点合理分配中继节点和D2D链路信道。也就是说，在各种可能的通信拓扑结构中，找到使得更多的盲点设备进行通信的方案。

在终端发送功率受限的前提下，最大化所有盲节点的接入概率问题可以建模为

约束条件为(对于2.22的前3个公式来说，)：

O≤P_Dm，P_Ci，P_Cj≤P_max (2)

其中1≤m，m′≤M，1≤i，j，i′≤N，是一个0/1指示变量，当时，表示DUEm选择CUEⁱ作为中继节点，并占用信道f_j(该信道为CUEj-BS的上行信道)，否则P_Dm，P_Ci and P_Cj分别是DUEm,CUEi和CUEj的发射功率，C表示正常通信设备，D表示盲点设备，i取值为正常通信设备的个数，Ci 表示不同的正常通信设备编号，j取值为盲点设备的个数，Dj表示不同的盲点设备编号；g表示信号衰减，N₀为高斯白噪声功率。

前三个公式是D2D中继链路能够建立的信噪比条件：D2D链路能够建立当且仅当链路建立带来的同频干扰不中断原有CUE上行链路。同时，中继节点需要有足够理想的无线环境，使得该中继节点上行链路可以承载两个节点的数据上传，否则该中继节点不会牺牲自己的数据流量去保护一个处于盲区的终端。

该问题的主要症结可以总结为：共用频率的有限性和中继节点的有限性。因为为了避免复杂的同频干扰处理，可设定一个频率只能被一个D2D链路复用，同时一个中继节点也只能救助一个盲节点。因此，有效的分配信道和中继节点，避免多个盲节点的资源冲突，是保证最大接入的关键问题。

为了求得(1)问题的最优解，首先我们需要求得候选三元组使得其满足(2)的前三个表达式(即信噪比条件)，其中CUEi是中继节点，CUEj是同频干扰节点(占用信道f_j)。下面求得候选三元组：

步骤1：候选中继节点选取

设置发送功率P_Ci，P_Dm为最大P_max，暂时忽略同频干扰，则候选中继节点 CUEi需要满足下面简化表达式

通过步骤B-1的计算，可以为盲点DUEm排除一大部分的可选的中继节点，从而避免下面冗余的分析。

步骤2：候选信道分配

考虑到链路CUEj-BS和DUEm-CUEi的同频干扰，在0≤P_Dm，P_Cj≤P_max的前提下，信道分配的信噪比限制为

可以进一步推到，得到候选信道的准入条件：

小结：三元组(m，i，j)只有同时满足(4)和(5)才能添加入候选三元组Ω中。

但是这里需要指出的是(4)和(5)与(2)中的条件不是完全等价的，除非DUEi -BS链路被DUEm′-DUEi′被考虑到，换而言之，CUEj′是候选三元组Ω中的中继节点。这种情况在没有得到候选三元组Ω的组成情况之前，是无法提前考虑的，因此这个条件将会在后面(步骤4)重新计算。

步骤3：中继节点及信道分配

得到候选三元组Ω后，最优化问题转化为最大三部图匹配问题，即找到一个三元组匹配集合使得集合Ω_D的元素个数(表示为|Ω_D|)最多。三部图匹配是相邻边的子集，不过子集中任何边不能共用同一个节点。Ω_D是一个三部图匹配当且仅当任意两个不同的三元组(m₁，i₁，j₁)∈Ω_D和(m₂，i₂，j₂)∈Ω_D，可以保证m₁≠m₂,i₁≠i₂以及j₁≠j₂。在这里，这种匹配意味着不同的DUE占用不同的信道和中继节点，同时，对于任意DUE，对应的同频节点和中继节点是两个不同的节点。最大三部图匹配问题是一个图论中的典型NP-Hard问题。为了便于中继节点和信道的最优分配，本发明可基于最大二部图匹配的经典KM(Kuhn-Munkres)算法，分别进行分配中继节点的匹配和信道匹配。

步骤4：同频中继节点核实

这里我们分析(2.22)在CUEi and CUEj都是中继节点的特殊情况。(4)的第一个公式右侧更变为γ′_min，直线l_Cj则相应偏移到l′_Cj。为了使得新的交点B在正方形内，我们得到下面更为严格的条件：

因此，如果CUEj也是一个中继节点，则链路CUEj-BS需要用(6)重新核实。

本发明提供一种同频信道D2D中继通信方法，在考虑中继节点的通信情况下，对盲点设备进行通信，并且考虑了对其他的采用同频信道的节点的影响，在各种可能的组合情形中，选择出能为最多盲点设备提供通信的方案，从而能够使得更多的通信盲点能够进行通信，并且不减少对其他的正常通信节点的干扰。

请参考图6、图7、图8、图9，图6为本发明一种具体实施方式所提供的一种同频信道D2D中继通信系统的组成示意图；图7为本发明一种具体实施方式所提供的候选信道选择模块的组成示意图；图8为本发明一种具体实施方式所提供的一种同频信道D2D中继通信系统的拓展组成示意图；图9为本发明一种具体实施方式所提供的候选节点筛选模块的组成示意图。

在本发明的又一种具体实施方式中，本发明实施例提供一种同频信道 D2D中继通信系统600，包括：

候选节点筛选模块610，用于根据盲点设备与正常通信设备之间的第一信噪比、所述正常通信设备与基站之间的第二信噪比，在所述正常通信设备中为所述盲点设备筛选候选中继节点；

候选信道选择模块620，用于为所述盲点设备与所述候选中继节点选择候选通信频道；

拓扑结构组合模块630，用于为各盲点设备在所述候选中继节点、候选通信频道中分别选择中继节点、通信频道的组合，作为组网拓扑结构，以使得各盲点设备在无中继节点冲突、无通信频道冲突的情况下，最多的盲点设备能够实现通信。

优选地，

所述候选信道选择模块620，包括：

信道尝试单元621，用于依次选择可用通信频道作为所述盲点设备与所述候选中继节点的尝试通信频道；

干扰设备确定单元622，用于确定使用所述尝试通信频道的正常通信设备作为干扰通信设备；

候选信道选择单元623，根据所述盲点设备与所述干扰通信设备间相互的同频干扰的信干噪比，判断所述尝试通信频道是否能够作为所述盲点设备与所述候选中继节点的候选通信频道。

优选地，同频信道D2D中继通信系统600还包括：

干扰阈值判定模640，用于当所述干扰通信设备为候选中继节点时，判断所述干扰通信设备与所述基站之间的信干噪比是否不小于第三信干噪比阈值；其中，所述第三信干噪比阈值为所述最小信干噪比值的平方与所述最小信干噪比值的两倍之和；最小信噪比值为保持所述盲点设备与所述正常通信设备、所述正常通信设备与基站正常通信的信干噪比值；

干扰中继确定模块650，用于如果所述干扰通信设备与所述基站之间的信干噪比不小于第三信干噪比阈值，则判定所述干扰通信设备为另一盲点设备的候选中继节点。

优选地，

所述候选节点筛选模块610，包括：

信噪比比对单元611，用于判断盲点设备与正常通信设备之间的第一信噪比是否不小于第一信噪比阈值，所述正常通信设备与基站之间的第二信噪比是否不小于第二信噪比阈值，其中，所述第二信噪比阈值为所述第一信噪比的平方与所述第一信噪比的两倍之和；其中，第一信噪比阈值为保持所述盲点设备与所述正常通信设备、所述正常通信设备与基站正常通信的最小信噪比值；

候选节点判定单元612，用于如果判断盲点设备与正常通信设备之间的第一信噪比不小于第一信噪比阈值，所述正常通信设备与基站之间的第二信噪比不小于第二信噪比阈值，那么判断所述正常通信设备为所述盲点设备的候选中继节点。

请参考图10，图10为本发明又一种具体实施方式所提供的计算机设备的结构示意图。

在本发明的又一种具体实施方式中，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述任一种具体实施方式所述的同频信道D2D中继通信方法的步骤。

下面参考图10，其示出了适于用来实现本申请实施例的计算机设备的结构示意图。图10示出的计算机设备仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图10所示，计算机系统1000包括处理器(CPU)1001，其可以根据存储在只读存储器(ROM)1002中的程序或者从存储部分1008加载到随机访问存储器(RAM)1003中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM1003 中，还存储有系统1000操作所需的各种程序和数据。

CPU 1001、ROM 1002以及RAM 1003通过总线1004彼此相连。输入/输出 (I/O)接口1003也连接至总线1004。

以下部件连接至I/O接口1005：包括键盘、鼠标等的输入部分1006；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分 1007；包括硬盘等的存储部分1008；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分1009。通信部分1009经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器1010也根据需要连接至I/O接口1007。可拆卸介质1011，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器1010上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分1008。

特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分1009从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质1011被安装。在该计算机程序被处理器(CPU)1001执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本申请所述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读介质例如可以是 ——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM 或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请的操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向目标的程序设计语言—诸如 Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如”C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。

在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—— 包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

作为本发明的又一具体实施方式，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意具体实施方式中的同频信道D2D中继通信方法的步骤。

该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的计算机或终端设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该计算机设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该计算机设备执行时，使得该计算机设备：根据盲点设备与正常通信设备之间的第一信噪比、所述正常通信设备与基站之间的第二信噪比，在所述正常通信设备中为所述盲点设备筛选候选中继节点；为所述盲点设备与所述候选中继节点选择候选通信频道；为各盲点设备在所述候选中继节点、候选通信频道中分别选择中继节点、通信频道的组合，作为组网拓扑结构，以使得各盲点设备在无中继节点冲突、无通信频道冲突的情况下，最多的盲点设备能够实现通信。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……” 限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种同频信道D2D中继通信方法及系统、计算机设备、介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种同频信道D2D中继通信方法，其特征在于，包括：

为所述盲点设备与所述候选中继节点选择候选通信频道；

2.根据权利要求1所述的同频信道D2D中继通信方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的同频信道D2D中继通信方法，其特征在于，

在所述为各盲点设备在所述候选中继节点、候选通信频道中分别选择中继节点、通信频道的组合，作为组网拓扑结构，以使得各盲点设备在无中继节点冲突、无通信频道冲突的情况下，最多的盲点设备能够实现通信之后，还包括：

4.根据权利要求1至3任一项所述的同频信道D2D中继通信方法，其特征在于，

5.一种同频信道D2D中继通信系统，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的同频信道D2D中继通信系统，其特征在于，

所述候选信道选择模块，包括：

7.根据权利要求6所述的同频信道D2D中继通信系统，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求5至7任一项所述的同频信道D2D中继通信系统，其特征在于，

所述候选节点筛选模块，包括：

9.一种同频信道D2D中继通信计算机设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述同频信道D2D中继通信方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述同频信道D2D中继通信方法的步骤。