CN112272418A - 一种ris辅助的d2d通信传输模式选择方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种RIS辅助的D2D通信传输模式选择方法，包括以下步骤：(1)在各传输时段，D2D用户以当前传输模式进行相互通信；(2)在各传输时段末，系统获取当前D2D用户与RIS的距离以及D2D用户之间的距离，计算D2D用户的距离函数；(3)将获得的距离函数与预设阈值比较，为下一传输时隙选择通信模式；(4)下一传输时隙，D2D用户采用系统选择的通信模式进行相互通信。本发明充分利用RIS辅助的D2D通信模式和传统D2D通信模式的优势，以D2D通信链路可达速率最大为目标，D2D用户对可在RIS辅助的D2D通信传输模式与直接D2D通信传输模式间动态切换，使得D2D用户对的可达速率始终保持最优。

Description

一种RIS辅助的D2D通信传输模式选择方法
技术领域
本发明属于通信技术，具体涉及一种RIS辅助的D2D通信传输模式选择方法。
背景技术
随着移动终端数量的爆发式增长，用户对于数据传输速率有着更高的需求。设备到设备(Device-to-Device D2D)技术作为5G的关键技术之一，其优势在于能够在用户对之间建立直接通信链路，从而降低基站负载并提高频谱资源利用率，因此被广泛应用于蜂窝无线通信网络。
智能超表面(RIS)为6G网络的搭建提供了新的思路。RIS由反射单元组成，可以产生信号的附加相移，因此，电磁波入射到RIS上其传输相移可通过RIS控制后再反射。RIS不需要任何特定的能源来解码/编码或转发信号，其通过反射撞击的电磁波来增强无线通信。目前，RIS由大量的反射阵列组成，并且相交的表面由液晶，铁电薄膜或其他软件定义的超材料组成，RIS以超低功耗提高通信质量。此外，反射单元可以轻松地嵌入结构或任何其他实体中。因此，RIS技术在提高数据速率、提高能效等方面比多天线中继器具有更大的潜力。但是，现有技术中系统的可达传输速率较低，且计算复杂度高，降低了通信系统的性能。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种能够确保D2D用户在各种信道条件下的通信系统性能，有效提升D2D用户的可达速率的RIS辅助的D2D通信传输模式选择方法。
技术方案：本发明的智能超表面辅助的D2D通信传输模式选择方法，包括以下步骤：
(1)在各传输时段，D2D用户以当前传输模式进行相互通信；
(2)在各传输时段末，系统获取当前D2D用户与RIS的距离以及D2D用户之间的距离，计算D2D用户的距离函数；
(3)将获得的距离函数与切换阈值比较，为下一传输时隙选择通信模式；
(4)下一传输时隙，D2D用户采用系统选择的通信模式进行相互通信。
步骤(2)中，所述当前D2D用户与RIS的距离包括当前D2D对发送端用户到RIS的距离和RIS到D2D对接收端用户的距离。
步骤(2)中，所述D2D用户的距离函数计算公式为：
Figure BDA0002708570300000021
式中，dTR表示D2D用户之间的距离；dTS表示当前D2D对发送端用户到RIS的距离；dSR表示RIS到D2D对接收端用户的距离。
步骤(3)中，所述将获得的距离函数与预设阈值比较，为下一传输时隙选择通信模式包括以下步骤：
(3.1)当D2D通信链路距离函数f(d)大于阈值G时，选择RIS辅助的D2D通信传输模式；
(3.2)当D2D通信链路距离函数f(d)大于阈值G时，选择直接D2D通信传输模式；
(3.3)当D2D通信链路距离函数f(d)等于阈值G时，保持当前通信传输模式。
步骤(3)中，所述切换阈值G的计算公式如下：
Figure BDA0002708570300000022
式中，N表示RIS上反射单元数量；η表示反射单元的反射系数；α表示路径损耗系数。
若选用RIS辅助的D2D通信传输模式，则在本传输时段末设置RIS上第n个反射单元的相移
Figure BDA0002708570300000023
步骤(2)中，D2D用户采用上一时段末系统选择的通信模式进行相互通信，同时，反馈当前时隙的距离信息，为本时段末的模式选择提供有效信息。
有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果在于：(1)充分利用RIS技术与传统D2D技术的特点，可在不同通信环境中充分发挥各自的优势；(2)复杂度低，通过将所关注的距离参数与预设阈值相比较即可完成传输模式的切换，阈值根据理论界得出，可靠性高；(3)本发明提出的模式选择方案，能够保证D2D用户在两种通信模式都存在的环境中选择可达速率最大的通信模式进行相互通信，大幅提升D2D用户的通信质量。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明中选择通信模式的流程图；
图3为本发明的仿真结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做进一步详细描述。
如图1所示，本发明的RIS辅助的D2D通信传输模式选择方法，包括以下步骤：
(1)在各传输时段，D2D用户以当前传输模式进行相互通信；
(2)在各传输时段末，系统获取当前D2D用户与RIS的距离、D2D用户之间的距离，以及各信道状态信息，基站根据获取的距离信息计算D2D用户的距离函数；链路状态信息不包括小尺度衰落；其中，当前D2D用户与RIS的距离包括当前D2D对发送端用户到RIS的距离和RIS到D2D对接收端用户的距离；
D2D用户的距离函数计算公式为：
Figure BDA0002708570300000031
式中，dTR表示D2D用户之间的距离；dTS表示当前D2D对发送端用户到RIS的距离；dSR表示RIS到D2D对接收端用户的距离。
(3)对于一对D2D用户，基站将获得的距离函数与预设阈值比较，为下一传输时隙选择可达速率更大的传输模式进行D2D通信；对于D2D用户，通信模式可以分为两类，包括：RIS辅助的D2D通信传输模式以及直接D2D通信传输模式；
其中，选择通信模式包括以下步骤：
(3.1)当D2D通信链路距离函数f(d)大于阈值G时，选择RIS辅助的D2D通信传输模式；
(3.2)当D2D通信链路距离函数f(d)大于阈值G时，选择直接D2D通信传输模式；
(3.3)当D2D通信链路距离函数f(d)等于阈值G时，保持当前通信传输模式。
若选用RIS辅助的D2D通信传输模式，则在本传输时段末设置RIS上第n个反射单元的相移
Figure BDA0002708570300000032
RIS上第n个反射单元的相移
Figure BDA0002708570300000033
与D2D发送用户至RIS上第n个反射单元链路的相移φn以及RIS上第n个反射单元至D2D接收用户的相移ωn有关，表达式为
Figure BDA0002708570300000034
此外，阈值G的计算公式如下：
Figure BDA0002708570300000035
式中，N表示RIS上反射单元数量；η表示反射单元的反射系数；α表示路径损耗系数。
(4)下一传输时隙，D2D用户采用系统选择的通信模式进行相互通信。在本传输时段末，返回步骤(1)，并顺次实施后续步骤，根据各用户信道状态信息的变化对D2D用户间通信传输模式进行动态选择，直到整个传输过程结束。
如图2和图3所示，在本发明的实施例中，通信模式选择模块具体包括以下步骤：步骤201：获得当前D2D对发送端用户到RIS的距离dTS，RIS到D2D对接
收端用户的距离dSR，D2D用户之间的距离dTR以及信道状态信息；计算RIS辅助的D2D通信链路距离函数f(d)；
步骤202：检测f(d)是否大于阈值G；若大于阈值G，则执行步骤203；否则，执行步骤205；
步骤203：设置RIS上第n个反射单元的相移
Figure BDA0002708570300000041
步骤204：设定通信传输模式为RIS辅助的D2D通信传输模式；
步骤205：检测f(d)是否等于阈值G；若等于阈值G，则执行步骤207；否则，执行步骤206；
步骤206：设定通信传输模式为直接D2D通信传输模式；
步骤207：检测当前模式是否为直接D2D通信传输模式；若当模式为直接D2D传输模式，则执行步骤208；否则执行步骤209；
步骤208：保持当前通信传输模式；
步骤209：设置RIS上第n个反射单元的相移
Figure BDA0002708570300000042
步骤210：设定通信传输模式为RIS辅助的D2D通信传输模式；
本发明的方法适用于D2D用户以Underlay模式或Overlay模式复用蜂窝资源的场景。在本传输时段结束时，根据用户更新后的距离信息进行传输模式选择，并在下一传输时段根据新的模式选择情况按照相应的方案进行传输；每一传输时段的时长可以根据用户所处实际环境进行配置。根据用户以及RIS的不同位置，有效的在RIS辅助的D2D通信传输模式和直接D2D通信传输模式中灵活切换，从而显著提升在不同用户位置下的可达速率。

Claims (7)

1.一种RIS辅助的D2D通信传输模式选择方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在各传输时段，D2D用户以当前传输模式进行相互通信；
(2)在各传输时段末，系统获取当前D2D用户与RIS的距离以及D2D用户之间的距离，计算D2D用户的距离函数；
(3)将获得的距离函数与预设阈值比较，为下一传输时隙选择通信模式；
(4)下一传输时隙，D2D用户采用系统选择的通信模式进行相互通信。
2.根据权利要求1所述的RIS辅助的D2D通信传输模式选择方法，其特征在于：步骤(2)中，所述当前D2D用户与RIS的距离包括当前D2D对发送端用户到RIS的距离和RIS到D2D对接收端用户的距离。
3.根据权利要求1所述的RIS辅助的D2D通信传输模式选择方法，其特征在于，步骤(2)中，所述D2D用户的距离函数计算公式为：
Figure FDA0002708570290000011
式中，dTR表示D2D用户之间的距离；dTS表示当前D2D对发送端用户到RIS的距离；dSR表示RIS到D2D对接收端用户的距离。
4.根据权利要求1所述的RIS辅助的D2D通信传输模式选择方法，其特征在于，步骤(3)中，所述将获得的距离函数与切换阈值比较，为下一传输时隙选择通信模式包括以下步骤：
(3.1)当D2D通信链路距离函数f(d)大于阈值G时，选择RIS辅助的D2D通信传输模式；
(3.2)当D2D通信链路距离函数f(d)大于阈值G时，选择直接D2D通信传输模式；
(3.3)当D2D通信链路距离函数f(d)等于阈值G时，保持当前通信传输模式。
5.根据权利要求1所述的RIS辅助的D2D通信传输模式选择方法，其特征在于，步骤(3)中，所述阈值G的计算公式如下：
Figure FDA0002708570290000012
式中，N表示RIS上反射单元数量；η表示反射单元的反射系数；α表示路径损耗系数。
6.根据权利要求4所述的RIS辅助的D2D通信传输模式选择方法，其特征在于：若选用RIS辅助的D2D通信传输模式，则在本传输时段末设置RIS上第n 个反射单元的相移
Figure FDA0002708570290000021
。
7.根据权利要求1所述的RIS辅助的D2D通信传输模式选择方法，其特征在于：步骤(4)中，D2D用户采用上一时段末系统选择的通信模式进行相互通信，同时，反馈当前时隙的距离信息。
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