CN113286307B - 一种移动小区重叠下的d2d通信配对方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动小区重叠下的D2D通信配对方法。对于跨多个异构基站小区分布导致多个移动小区重叠，且在频谱资源有限以及单个小区的子信道数有限情况下，当接入网络的移动用户数增多时，网络容量接近饱和，选择小部分用户的通信需求采用D2D的方式来解决；当多个用户同时请求进行D2D通信时，本发明提出一种依据以SPMA功能模块采取一定的判决准则来感知终端的请求，进行用户配对、分配频谱资源等步骤。本发明所提出的方法，从用户应用的角度优化D2D用户的贡献度大小的公平性问题，既优化原有移动基站的性能，也改善了各通信用户的服务质量，从而节约基站能耗，提高频谱效率。

Description

一种移动小区重叠下的D2D通信配对方法

技术领域

本发明是一种在多移动制式基站网络中，通信用户针对基站边缘弱信号条件下采用移动D2D通信模式时进行用户配对、建立通信链路的方法，属于多运营商、多制式基站复用条件下的移动通信技术领域。

背景技术

二十世纪以来，移动通信技术快速发展，目前已进入5G时代。随着5G时代的到来，网络覆盖更加全面、精细，运营商能够为客户提供速度更快、时延更低的网络服务。但于此同时，接入网络的移动终端数量越来越多，导致网络数据流量急剧增大，网络负荷加重，能耗越来越大，有限的频谱资源难以满足日益增长的用户需求。

D2D(Device-To-Device，终端直通)通信技术是指移动用户之间数据传输无需经过基站，而是在基站的控制下直接传输数据的技术。D2D这一概念在2008年被首次提出，2013年3GPP组织定义了ProSe(Proximity-based services，临近服务功能)，是对D2D技术的标准化，如今，D2D已成为5G的一项关键技术。

在D2D通信模式下，移动终端之间可以在基站的控制下直接进行数据通信。在基站覆盖的边缘区域，用户可以通过D2D通信提高数据传输速率，无需提高基站的发射功率。并且在频谱资源紧张时，系统也无需给D2D用户分配专门的频谱，因此D2D通信技术可以有效地缓解基站能耗过大以及频谱资源匮乏的问题。

D2D通信的过程包括模式选择、用户配对、资源分配三个关键步骤。用户选择采用D2D通信模式后，需要选择合适的对象进行用户配对，建立通信链路。当有通信需求时，系统就会为该D2D对分配资源，D2D对根据实际情况占用一个空闲信道或复用某一移动用户的频谱资源进行数据传输。

随着D2D通信技术的发展，D2D通信的场景更加复杂多样，D2D通信与NOMA技术、中继技术等的结合是当下研究的热点。传统意义上的中继通信采用固定中继节点，负责基站和用户的数据传输。此类中继节点通常位置固定且具有放大转发功能，覆盖范围大，适合在热点区域部署。D2D中继通信则是由小区内的移动用户充当辅助中继节点，可专门用于边缘用户的数据转发，扩大信号覆盖范围，保障小区边缘用户的通信需求。

在基站覆盖的边缘区域，需要通过D2D中继通信的方式满足某些移动用户的速率需求，无需提高基站的信号发射功率的情况下满足此需求。同时，由于频谱资源有限，单个小区的子信道数有限，当接入网络的移动用户数增多时，网络容量接近饱和，小部分用户的通信需求需要通过D2D的方式来满足。

移动终端可以在传统基站通信模式和D2D通信模式之间切换，当多个用户同时请求进行D2D通信时，系统要依据一定的判决准则依次满足终端的请求，进行用户配对、分配频谱资源等步骤。此时，如何实现既要优化网络的性能，也保证各用户的通信质量，是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在D2D通信模式下，节约基站能耗，提高频谱效率，并从用户贡献度大小应用的角度优化用户通信的公平性问题。

本发明为解决上述技术问题具体采用以下技术方案：

本发明提出一种移动小区重叠下的D2D通信配对方法，具体步骤如下：

步骤1、构建双小区通信场景，在两个小区内，均匀划分若干个子信道分配给各小区内的移动用户使用；

步骤2、分别在两个小区内生成大于子信道数量的若干个用户节点，定义采用常规基站通信方式的移动用户为CU，D2D通信的辅助中继节点为D2D-R，D2D通信的实际用户为D2D-U，当移动用户运动到小区边缘位置时，该用户切换到D2D通信模式，从CU转变为D2D-U，并请求用户配对，通过某个辅助中继节点D2D-R进行D2D中继通信；

步骤3、通过节点的运动预测用户的现实轨迹；每个节点的初始位置位于两个小区内的任意位置，其中每个小区的一部分节点处于静止状态，其余节点以一定的速度和方向进行有规律的运动，根据用户的运动属性，预测出运动s步后各节点的运动轨迹，进入步骤4进行用户配对；

步骤4、当一用户在小区边缘运动并需要进行D2D中继通信时，向系统请求用户配对，根据用户需求及实际情况，一个D2D-R辅助一个D2D-U进行中继通信，两两组成一个D2D通信对；

步骤5、给所有D2D对分配频谱资源，在小区内存在空闲频谱的情况下，D2D对采用专用模式通信，直接占用空闲频谱进行通信，若小区内频谱资源不足，D2D对采用复用模式通信，复用某个CU的上行链路频谱进行通信；

步骤6、计算某个时间段内各D2D-R的贡献度，当D2D-R在另一时间段切换到D2D-U的工作模式时，根据其贡献度的大小判断对其分配资源的优先级，以优化用户通信的公平性。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比所具有的优点和进步在于：

本发明从用户应用的角度优化D2D用户的公平性问题，既优化原有移动基站的性能，也改善了各通信用户的服务质量，从而节约基站能耗，提高频谱效率。

附图说明

图1是本发明的整体架构图。

图2是D2D用户复用CU频谱资源的情形示意图。

图3是移动用户通信模式的切换示意图。

图4是基站控制D2D通信的方式。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明公开了一种涵盖多运营商、多移动制式(包含GSM、3G、4G、5G)异构基站边缘场景下，移动通信用户如何完成D2D用户的搜索、配对以及无线链路的建立的方法。

本发明的整体架构如图1所示，两个大小不同的圆形小区存在重叠区域，两个基站均位于圆心。在某个时间段，整个场景内存在静止的用户和运动的用户。静止的终端采用传统的蜂窝通信方式，数据的传输需通过基站。部分运动的用户按其需求两两组成D2D对，复用某CU的上行链路频谱资源进行通信。同时引入激励机制，计算该时间段内各CU的贡献度，当某CU切换到D2D通信模式时，系统依据其贡献度的高低判断其获得资源的优先级。基站需设置SPMA功能模块，用以实现控制D2D通信和资源调度分配的功能。

D2D用户复用CU频谱资源的情形如图2所示。移动用户CU发送数据到基站侧的链路为上行链路，D2D用户对复用该CU的上行链路频谱资源。在通信过程中，存在同频干扰，CU发送到基站侧的信号会对D2D-U产生干扰，降低D2D-R处的信干噪比，影响D2D对的通信质量。D2D-R发送到D2D-U的信号会对基站侧产生干扰，影响同一子信道上CU的通信质量。

移动用户通信模式的切换如图3所示，在某个时间段某个移动用户处于静止状态，采用传统蜂窝通信模式，并为某D2D对提供了频谱复用的服务，能够计算出该移动用户在此时间段的贡献度。该移动用户在另一时间段可能会进行移动，并切换成D2D通信模式，系统对其分配资源的优先级将依据之前一个时间段该用户的损失因子。

基站控制D2D通信的方式如图4所示，基站设有SPMA用以计算和存储贡献度等用户信息，并可以实时更新。当移动用户有D2D通信的需求时，就要向基站发出用户配对和资源分配的请求，SPMA在接收到请求信息后，依据各用户的数据进行资源调度，控制各D2D用户对的通信。

实施例：

本发明提出一种异构基站间移动小区边缘重叠下，基于贡献度公平性的移动D2D通信用户配对方法，具体步骤如下：

步骤1、构建通信场景，双小区场景，小区形状为圆形，覆盖的区域为A₁和A₂，半径为分别为R₂和R₂(R₁≠R₂)，两个小区的基站均位于圆心，基站的性能指标不同，可以属于不同的运营商。小区之间存在重叠区域，定义重叠区域为“鱼眼区”，两个小区都分别拥有一定带宽的频谱资源，并均匀划分为N₁、N₂个子信道分配给两个小区内的各移动用户使用。

步骤2、分别在两个小区内生成M₁、M₂个用户节点，用户节点数要略多于小区的子信道数。每个用户都可采用传统基站通信模式或D2D通信模式，能够根据需求进行切换。定义采用传统基站通信方式的移动用户为CU(Cellular User)，D2D通信的辅助中继节点为D2D-Relay，简称为D2D-R，D2D通信的实际用户为D2D-User，简称为D2D-U。

进一步的，当移动用户运动到小区边缘位置时，接收到的信号强度变弱，在不提高基站发射功率的前提下，仍要满足其数据速率。该用户可以切换到D2D通信模式，从CU转变为D2D-U，并请求用户配对，通过某个辅助中继节点D2D-R进行D2D中继通信。

步骤3、通过节点的运动预测用户的现实轨迹。每个节点的初始位置随机，但都要落在两个小区内。每个小区的大部分节点处于静止状态，其余节点以一定的速度和方向进行有规律的运动，根据用户的运动属性，预测出运动s步后各节点的运动轨迹，由此进入步骤4进行用户配对。

为了方便对节点的运动轨迹进行预测，要根据节点的运动状态估算节点的坐标值。以一个基站所在位置为原点建立坐标系，用Q＝(x,y)表示节点的坐标，其中x和y分别表示节点的横纵坐标，节点的初始位置则表示为：Q₀＝(x₀,y₀)。定义运动节点在某一步的瞬时速度矢量为

并分解为水平分量v_x和竖直分量v_y。在运动k步后，某一节点的坐标可表示为：

进一步的，根据预测的运动轨迹可将运动的节点分为三类：

a.节点在开始运动后，很快离开本小区，且并未进入相邻小区，即节点坐标满足条件：

其中s_min表示适合建立D2D通信链路的最短步长。此类节点不作为D2D用户。

b.节点在整个运动过程中(以运动100步为为例)，都在同一个小区内，即节点坐标满足条件：

Q∈A₁,s∈[1,100]或Q∈A₂,s∈[1,100]

c.节点在整个运动过程中，从一个小区进入另一个小区，以从A₁进入A₂为例，即节点坐标满足条件：

其中，s_i和s_o分别表示节点进入和离开鱼眼区的瞬间运动的步数。

上述各表达式中A₁和A₂分别表示两个小区的范围。

完成各运动节点运动轨迹的预测后，系统将运动轨迹主要落在小区边缘及跨小区运动的用户列为潜在D2D用户，当这类用户有通信需求时，在条件允许的情况下，优先切换成D2D通信模式，以达到降低网络负荷和基站能耗的目的。

步骤4、步骤3预测计算出节点的运动轨迹，以此选择合适的节点进行用户配对。当一用户在小区边缘运动并需要进行D2D中继通信时，需要首先向系统请求用户配对。根据用户需求及实际情况，一个D2D-R辅助一个D2D-U进行中继通信，两两组成一个D2D通信对，并都具备发送和接收信号的功能。在一般情况下，D2D对的通信采用专用模式，即占用一个空闲子信道传输数据，与网络中其他CU所占用的子信道相互正交，故不会产生同频干扰。在网络中同时进行通信的CU过多，网络负荷较重，频谱资源不足时，D2D对的通信采用复用模式，即一个D2D对复用一个蜂窝用户上行链路的频谱资源进行通信。

进一步的，上述本发明的一种异构基站间基于应用公平性的D2D用户资源分配方法，步骤4中的用户配对过程需要计算在运动过程中每一步各节点间的距离。

节点i与节点j之间的距离用d_i,j表示。设坐标原点为O，则在运动第k步节点i与节点j之间的计算公式为：

代入点的坐标得：

再根据公式(1)，就能得到在运动过程中的第k步某对节点之间的距离。

a、设D2D通信的最大距离为D，若在整个运动过程中若在整个运动过程中，节点i与节点j满足条件：d_i,j≤D,s_k≤s≤s_r(s_k-s_r≤10)，即节点之间的距离小于D2D最大通信距离的步数不超过10步，则节点i与节点j为“短触”节点对，此类节点对不进行D2D配对。

b、对于运动的节点i和节点j，满足条件

s_r∈[1,100],s_r-s_k＞10,d_i,j≤D，且同时满足步骤3中的b条件，即两个节点的运动轨迹都在一个小区内，则节点i和节点j可作为潜在的D2D对。当一个D2D-U在请求用户配对时，系统会优先将配对目标选定在其他运动的节点中，再根据公式(3)，计算出在整个运动过程中与D2D-U运动轨迹相似的节点作为该D2D对中的D2D-R。

c、对于运动的节点i，若在运动过程中有进行D2D中继通信的需求，且没有其他同时运动的节点满足配对条件，则可以选择某个静止节点j进行用户配对。根据公式(3)和情况b中的判决条件，计算出在节点i的整个运动过程中，最合适的静止节点作为该D2D对中的D2D-R。

d、对于一个运动的节点i，在整个运动过程中要穿过鱼眼区，从一个小区运动到另一个小区，且有D2D中继通信的需求，能够与其配对的节点j需满足条件d_i,j≤D,max{s_k,i,s_k,j}≤s≤min{s_r,i,s_r,j}，其中，s_k,i、s_r,i和s_k,j、s_r,j分别表示节点i和节点j进入和离开鱼眼区的步数。即在两节点同时位于鱼眼区时，节点间距离必须满足D2D最大通信距离条件。

进一步的，信号在传输的过程中会产生路径损耗，影响信号强度，进一步影响信号接收端的信干噪比。因此，在同时具备配对条件的用户之间，优先选择距离较小的用户进行配对，以提高D2D-U的数据速率。仅考虑D2D对信号的传输，路径损耗采用市区或郊区的传播模型：

L_i,j＝128.1+37.6lg(d_i,j) (4)

在上述各情况中，一个D2D-U有多个满足条件的配对对象时，选择在配对时平均距离较小的节点作为D2D-R。

步骤5、在步骤4完成用户配对后，系统要给所有D2D对分配频谱资源，在小区内存在空闲频谱的情况下，D2D对通信采用专用模式，直接占用空闲频谱进行通信。若小区内同时接入网络的CU较多，频谱资源不足，D2D对通信采用复用模式，复用某个CU的上行链路频谱进行通信。

进一步的，在D2D对采用专用模式时，占用的子信道与各CU通信时占用的子信道相互正交，故不会产生同频干扰。

在D2D对采用复用模式时，复用过程需要保证CU的最小信干噪比需求，并尽可能降低D2D通信的信干噪比。在复用过程中，基站的信干噪比计算公式如下：

其中p₀表示移动用户CU的发射功率，g₀表示CU到基站侧的信道增益。p_i表示D2D-R的发射功率，g_i,0表示D2D-R对基站的干扰信道增益。σ²表示环境中的高斯白噪声。

由于复用了蜂窝用户的上行链路频谱资源，D2D用户之间的通信会受到蜂窝通信的同频干扰，D2D-U的信干噪比计算公式如下：

其中g_i,i表示D2D-R到D2D-U的链路增益，g_j表示CU到D2D-U的干扰信道增益。由此得到D2D-U的通信速率计算公式如下：

R_i,j＝log₂(1+SINR_j)

进一步的、上述本发明的一种异构基站间基于应用公平性的移动D2D用户配对方法，在步骤5的复用过程中，复用对象的选择遵循以下判决条件。

a、在网络中所有CU均处于通信状态的情况下，D2D用户可选择任意蜂窝用户的频谱进行复用。对于D2D辅助中继用户i和D2D实际用户j，若它们的运动轨迹都在同一个小区内，则选择同小区内的蜂窝用户进行频谱复用。

进一步的、在D2D-R信噪干比的计算公式中，干扰信道增益g_j受路径损耗影响较大，路径损耗越大，则信道增益越小，在D2D-R处信干噪比就越大。路径损耗与实际通信环境有关，本发明采用的是市区或郊区的传输损耗模型，计算公式如下：

L_c,j＝128.1+37.6lg(d_c,j)

其中d_c,j表示在复用频谱通信的过程中，CU和D2D-U之间的距离，定义为干扰距离。由公式可以看出，CU与D2D-R之间的路径损耗与干扰距离成正比，因此，D2D对与其相匹配的CU之间的距离越大越好。在D2D用户对完成配对并进行通信的整个过程中，d_c,j每一步都在变化，影响D2D-U处的信干噪比。设s_D为用户i(D2D-R)和用户j(D2D-U)进行通信的总步长，计算平均干扰距离如下：

干扰距离的标准差为：

对于一个D2D对，在整个通信过程，尽量选择平均干扰距离小的CU复用其频谱资源，以提高通信质量。在平均干扰距离无明显差别的情况下，选择标准差小的CU，提高通信的稳定性。

b、对于跨小区运动的用户i和用户j，在完成用户配对后，选择占用两个小区之一的频谱。在鱼眼区以外的区域，选择占用所在小区的空闲频谱资源，若所在小区频谱资源有限，按上述方式选择合适的CU复用其上行链路频谱资源。在鱼眼区内，D2D通信由哪个小区的基站控制基于以下两个判定方法：

(1)选择接入网络的终端数较少、频谱资源较为充裕的小区基站控制D2D通信的资源分配；

(2)若两小区的网络负荷差不多，即同时拥有空闲的频谱资源或是同时频谱资源不足，则根据D2D对的运动趋势判断由哪个小区的基站控制。D2D对运动步数所在较多的小区基站控制该D2D对在鱼眼区的资源分配。

步骤6、计算贡献度。在一个D2D对中，D2D-R为了辅助D2D-U保证一定的数据速率，需要提供一定的带宽，并提升信号发射功率，造成设备损耗。因此在一个D2D-U用户配对和资源分配的过程中，会对相应的D2D-R的利益造成损害。

为了解决上述的公平性问题，需要计算某个时间段内各D2D-R的贡献度，当D2D-R在另一时间段切换到D2D-U的工作模式时，系统会根据其贡献度的大小判断对其分配资源的优先级，以此优化用户通信的公平性。

定义参数贡献度Co，一个D2D-R的贡献度计算公式如下：

Co＝ΔR·s·t

其中ΔR表示一个D2D-U在D2D-R的辅助通信下，相较于采用传统蜂窝通信模式的速率变化量，s表示两用户配对持续的步数，t表示在一段时间内某移动用户作为辅助中继节点进行配对的次数。

由于公式中各变量的单位不同，需要对公式中的各个变量进行归一化处理，设定ΔR＝1Mbit/s为1，s＝20为1，t＝1为1。即当ΔR＝1Mbit/s，s＝20，t＝1时，Co为1。

进一步的，D2D通信无需通过基站传输数据，但D2D用户从发出通信请求，到用户配对、资源分配一系列步骤都需要基站的控制下完成。为了实现上述功能，需要在基站中设置D2D管理模块(SPMA)，用于调度D2D用户的配对，存储用户贡献度信息，并在用户从传统基站通信模式切换到D2D通信模式时，判断该用户通信请求的优先级，依据优先级依次分配为各用户分配资源。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种移动小区重叠下的D2D通信配对方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1、在两个相邻的移动小区内，均匀划分若干个子信道分配给各小区内的移动用户使用；

步骤2、分别在两个小区内生成大于子信道数量的若干个用户节点，定义采用常规基站通信方式的移动用户为CU，D2D通信的辅助中继节点为D2D-R，D2D通信的实际用户为D2D-U，当移动用户运动到小区边缘位置时，该用户切换到D2D通信模式，从CU转变为D2D-U，并请求用户配对，通过某个辅助中继节点D2D-R进行D2D中继通信；

步骤3、通过节点的运动预测用户的现实轨迹；每个节点的初始位置位于两个小区内的任意位置，其中每个小区的一部分节点处于静止状态，其余节点以一定的速度和方向进行有规律的运动，根据用户的运动属性，预测出运动s步后各节点的运动轨迹，进入步骤4进行用户配对；

步骤4、当一用户在小区边缘运动并需要进行D2D中继通信时，向系统请求用户配对，根据用户需求及实际情况，一个D2D-R辅助一个D2D-U进行中继通信，两两组成一个D2D通信对；用户配对过程需要计算在运动过程中每一步各节点间的距离，具体如下：

节点i与节点j之间的距离用d_i,j表示，设坐标原点为O，则在运动第k步节点i与节点j之间的计算公式为：

代入点的坐标得：

得到在运动过程中的第k步某对节点之间的距离；

根据以下情况进行D2D配对：

a、设D2D通信的最大距离为D，若在整个运动过程中，节点i与节点j之间的距离小于D2D最大通信距离的步数不超过10步，则节点i与节点j为短触节点对，此类节点对不进行D2D配对；

b、对于运动的节点i和节点j，满足条件

s_r∈[1,100],s_r-s_k＞10,d_i,j≤D，且同时满足节点在整个运动过程中，都在同一个小区内，即两个节点的运动轨迹都在一个小区内，则节点i和节点j作为潜在的D2D对，当一个D2D-U在请求用户配对时，优先将配对目标选定在其他运动的节点中，再根据公式(3)，计算出在整个运动过程中与D2D-U运动轨迹相似的节点作为该D2D对中的D2D-R；

c、对于运动的节点i，若在运动过程中有进行D2D中继通信的需求，且没有其他同时运动的节点满足配对条件，则选择某个静止节点j进行用户配对；根据公式(3)和情况b中的判决条件，计算出在节点i的整个运动过程中，最合适的静止节点作为该D2D对中的D2D-R；

d、对于一个运动的节点i，在整个运动过程中要穿过鱼眼区，从一个小区运动到另一个小区，且有D2D中继通信的需求，能够与其配对的节点j需满足条件：

d_i,j≤D,max{s_k,i,s_k,j}≤s≤min{s_r,i,s_r,j}，

其中，s_k,i、s_r,i和s_k,j、s_r,j分别表示节点i和节点j进入和离开鱼眼区的步数，即在两节点同时位于鱼眼区时，节点间距离必须满足D2D最大通信距离条件；

在同时具备配对条件的用户之间，优先选择距离较小的用户进行配对，仅考虑D2D对信号的传输，路径损耗采用市区或郊区的传播模型：

L_i,j＝128.1+37.6lg(d_i,j) (4)

在上述各情况中，一个D2D-U有多个满足条件的配对对象时，选择在配对时平均距离较小的节点作为D2D-R；

步骤5、给所有D2D对分配频谱资源，在小区内存在空闲频谱的情况下，D2D对采用专用模式通信，直接占用空闲频谱进行通信，若小区内频谱资源不足，D2D对采用复用模式通信，复用某个CU的上行链路频谱进行通信；

步骤6、计算某个时间段内各D2D-R的贡献度，当D2D-R在另一时间段切换到D2D-U的工作模式时，根据其贡献度的大小判断对其分配资源的优先级，以优化用户通信的公平性。

2.根据权利要求1所述的一种移动小区重叠下的D2D通信配对方法，其特征在于，步骤1中，两个小区以圆形划分，小区覆盖的区域为A₁和A₂，半径为分别为R₂和R₂，且R₁≠R₂，两个小区的基站均位于圆心，两个小区都分别拥有一定带宽的频谱资源。

3.根据权利要求1所述的一种移动小区重叠下的D2D通信配对方法，其特征在于，步骤3中，根据节点的运动状态估算节点的坐标值，以一个基站所在位置为原点建立坐标系，用Q＝(x,y)表示节点的坐标，节点的初始位置则表示为：Q₀＝(x₀,y₀)；定义运动节点在某一步的瞬时速度矢量为

并分解为水平分量v_x和竖直分量v_y，在运动k步后，某一节点的坐标表示为：

完成各运动节点运动轨迹的预测后，系统将运动轨迹主要落在小区边缘及跨小区运动的用户列为潜在D2D用户，当这类用户有通信需求时，在条件允许的情况下，优先切换成D2D通信模式。

4.根据权利要求3所述的一种移动小区重叠下的D2D通信配对方法，其特征在于，根据预测的运动轨迹将运动的节点分为三类：

a.节点在开始运动后，快速离开本小区，且并未进入相邻小区，即节点坐标满足条件：

其中s_min表示适合建立D2D通信链路的最短步长，A₁和A₂分别表示两个小区的范围，此类节点不作为D2D用户；

b.节点在整个运动过程中，都在同一个小区内；

c.节点在整个运动过程中，从一个小区进入另一个小区，当从A₁进入A₂时，即节点坐标满足条件：

其中，s_i和s_o分别表示节点进入和离开鱼眼区的瞬间运动的步数，鱼眼区为相邻小区之间存在的重叠区域。

5.根据权利要求1所述的一种移动小区重叠下的D2D通信配对方法，其特征在于，步骤5中，在D2D对采用复用模式时，在复用过程中，基站的信干噪比计算公式如下：

其中p₀表示移动用户CU的发射功率，g₀表示CU到基站侧的信道增益，p_i表示D2D-R的发射功率，g_i,0表示D2D-R对基站的干扰信道增益，σ²表示环境中的高斯白噪声；

D2D-U的信干噪比计算公式如下：

其中g_i,i表示D2D-R到D2D-U的链路增益，g_j表示CU到D2D-U的干扰信道增益；

由此得到D2D-U的通信速率计算公式如下：

R_i,j＝log₂(1+SINR_j)。

6.根据权利要求5所述的一种移动小区重叠下的D2D通信配对方法，其特征在于，在步骤5的复用过程中，复用对象的选择遵循以下判决条件:

a、在网络中所有CU均处于通信状态的情况下，D2D用户可选择任意蜂窝用户的频谱进行复用，对于D2D辅助中继用户i和D2D实际用户j，若它们的运动轨迹都在同一个小区内，则选择同小区内的蜂窝用户进行频谱复用；

在D2D-R信噪干比的计算公式中，路径损耗采用市区或郊区的传输损耗模型，计算公式如下：

L_c,j＝128.1+37.6lg(d_c,j)

其中d_c,j表示在复用频谱通信的过程中，CU和D2D-U之间的距离，定义为干扰距离，设s_D为用户i和用户j进行通信的总步长，计算平均干扰距离如下：

干扰距离的标准差为：

对于一个D2D对，在整个通信过程，选择平均干扰距离小的CU复用其频谱资源，以提高通信质量；在平均干扰距离无明显差别的情况下，选择标准差小的CU，提高通信的稳定性；

b、对于跨小区运动的用户i和用户j，在完成用户配对后，选择占用两个小区之一的频谱；在鱼眼区以外的区域，选择占用所在小区的空闲频谱资源，若所在小区频谱资源有限，选择合适的CU复用其上行链路频谱资源；在鱼眼区内，D2D通信选择小区的基站控制基于以下两个判定方法：

(1)、选择接入网络的终端数较少、频谱资源较为充裕的小区基站控制D2D通信的资源分配；

(2)、若两小区的网络负荷近似，即同时拥有空闲的频谱资源或是同时频谱资源不足，则根据D2D对的运动趋势判断对应小区的基站控制，D2D对运动步数所在较多的小区基站控制该D2D对在鱼眼区的资源分配。

7.根据权利要求1所述的一种移动小区重叠下的D2D通信配对方法，其特征在于，在步骤6中，计算贡献度具体如下：

定义参数贡献度Co，一个D2D-R的贡献度计算公式如下：

Co＝ΔR·s·t

其中ΔR表示一个D2D-U在D2D-R的辅助通信下，相较于采用常规蜂窝通信模式的速率变化量，s表示两用户配对持续的步数，t表示在一段时间内某移动用户作为辅助中继节点进行配对的次数；

对公式中的各个变量进行归一化处理，设定ΔR＝1Mbit/s为1，s＝20为1，t＝1为1；即当ΔR＝1Mbit/s，s＝20，t＝1时，Co为1。

8.根据权利要求1所述的一种移动小区重叠下的D2D通信配对方法，其特征在于，在基站中设置D2D管理模块，用于调度D2D用户的配对，存储用户贡献度信息，并在用户从常规基站通信模式切换到D2D通信模式时，判断该用户通信请求的优先级，依据优先级依次分配为各用户分配资源。

Images