一种蜂窝网络中D2D通信系统的频谱复用方法

一种蜂窝网络中D2D通信系统的频谱复用方法

　　技术领域

　　本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种蜂窝网络中D2D通信系统的频谱复用方法，以抑制频谱复用引起的干扰问题。其多址接入技术可以是频分多址(FrequencyDivision Multiple Access：FDMA)、正交频分多址(Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access：OFDMA)等多址技术。

　　背景技术

　　近年来，移动通信行业经历着重大的发展与改革时期，第五代(5G)移动通信技术陆续开始投入商用。根据业界对5G的需求，5G网络将具有超高的传输速率，更高的频谱效率，更低的传输延迟，以及支持更高密度设备的连接。为了实现5G的愿景和目标，5G在无线网络方面，将采用更灵活、更智能的网络架构和智能组网技术。其中，在原有宏蜂窝的基础上增加D2D传输等超密集异构网络，可以有效的提高网络容量、增大系统覆盖概率，已经成为未来移动通信系统网络架构的发展方向之一。在D2D密集异构网络中，终端设备之间由于距离更近，带来了频谱效率以及能效的提升。但是，这种共享频谱的方式引起了层间用户与层内用户的多种干扰问题，尤其是当D2D用户对很密集时，将会对蜂窝网络用户产生严重的上行同频干扰。如何减轻这种干扰，需要进行深入的研究。合理的频谱复用策略是减轻这种网络架构中层间干扰和层内干扰的有效措施之一。

　　因此，本发明中，提出一种蜂窝网络中D2D通信系统的频谱复用方法。

　　发明内容

　　本发明的目的在于提出一种蜂窝网络中D2D通信系统的频谱复用方法，其中进行复用的无线资源可以包括：频率、时隙、空间等一维或多维无线资源。该方法可以根据系统中有用信号强度、干扰强度等信息，动态的复用频谱资源，抑制由无线资源共享给用户带来的层内干扰和层间干扰问题。

　　本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

　　步骤1、如果D2D用户满足如下条件，则D2D用户可以复用蜂窝用户上行频谱资源，即：

　　d0>f-1(β)；公式(1)

　　

　　

　　其中：d0是D2D用户与蜂窝用户的服务基站之间的距离，代表蜂窝用户Ci到第j对D2D用户Dj接收端的距离，代表蜂窝用户Ci到它的服务基站的距离；RD代表一对D2D用户发送端与接收端的距离；μd为D2D通信系统信干噪比门限值，依据系统需求而定；ε为蜂窝用户的上行发射功率和D2D发送端的发射功率的比值，λd为D2D用户的密度，M为蜂窝系统可用的上行频谱数量，B为信干噪比门限，β为蜂窝通信系统要求的覆盖概率门限值；θ为D2D通信系统中的路径损耗指数；α为蜂窝通信系统中的路径损耗指数；RC为蜂窝小区的覆盖半径；

　　步骤2、若满足步骤1条件的第j对D2D用户Dj有多个蜂窝用户的上行频谱资源可以复用，则根据蜂窝用户Ci的干扰度量值选取使得该干扰度量值最小的蜂窝用户复用频谱资源，干扰度量值的计算如下：

　　

　　其中，代表第j对D2D用户的发送端到蜂窝用户Ci的服务基站的距离，表示蜂窝用户收到的干扰信号与有用信号能量比值，表示D2D用户收到的干扰信号与有用信号能量比值。

　　步骤3、如果第k对D2D用户Dk与第j对D2D用户Dj的距离满足公式(5)所述条件,则D2D用户Dk与D2D用户Dj能够共享同一个蜂窝用户的频谱资源；具体满足条件如下：

　　

　　其中代表第k对D2D用户Dk发送端到第j对D2D用户Dj接收端的距离；RD代表一对D2D用户发送端与接收端的距离；μd为D2D通信系统信干噪比门限值，依据系统需求而定。

　　本发明有益效果如下：

　　本发明能够有效抑制无线资源复用带来的干扰，特别是同频干扰；并且能提高频谱利用率，提高系统覆盖概率；同时提高用户的服务质量。

　　附图说明

　　图1为本发明一个实施例。

　　具体的为蜂窝网络中D2D通信的系统模型，图中有1个蜂窝网络的宏基站和若干个随机分布的D2D用户对。

　　具体实施方式

　　根据本发明的基本构思，在为蜂窝网络中D2D用户分配无线资源时，首先确定用户之间可以复用无线资源的距离门限值，然后允许满足距离门限值的用户之间复用无线资源，如果存在多个无线资源可以复用，则根据干扰度量值从中选出最优的一种。如图1所示，根据本发明的一种蜂窝网络中D2D通信系统的频谱复用方法，具体步骤如下：

　　步骤1、如果D2D用户满足如下条件，则D2D用户可以复用蜂窝用户上行频谱资源，即：

　　d0>f-1(β)；公式(1)

　　

　　

　　其中：d0是D2D用户与蜂窝用户的服务基站之间的距离，代表蜂窝用户Ci到第j对D2D用户Dj接收端的距离，代表蜂窝用户Ci到它的服务基站的距离；RD代表一对D2D用户发送端与接收端的距离；μd为D2D通信系统信干噪比门限值，依据系统需求而定；ε为蜂窝用户的上行发射功率和D2D发送端的发射功率的比值，λd为D2D用户的密度，M为蜂窝系统可用的上行频谱数量，B为信干噪比门限，β为蜂窝通信系统要求的覆盖概率门限值；θ为D2D通信系统中的路径损耗指数；α为蜂窝通信系统中的路径损耗指数；RC为蜂窝小区的覆盖半径；

　　步骤2、若满足步骤1条件的第j对D2D用户Dj有多个蜂窝用户的上行频谱资源可以复用，则根据蜂窝用户Ci的干扰度量值选取使得该干扰度量值最小的蜂窝用户复用频谱资源，干扰度量值的计算如下：

　　

　　其中，代表第j对D2D用户的发送端到蜂窝用户Ci的服务基站的距离，表示蜂窝用户收到的干扰信号与有用信号能量比值，表示D2D用户收到的干扰信号与有用信号能量比值；

　　步骤3、如果第k对D2D用户Dk与第j对D2D用户Dj的距离满足公式(5)所述条件,则D2D用户Dk与D2D用户Dj能够共享同一个蜂窝用户的频谱资源；具体满足条件如下：

　　

　　其中代表第k对D2D用户Dk发送端到第j对D2D用户Dj接收端的距离；RD代表一对D2D用户发送端与接收端的距离；μd为D2D通信系统信干噪比门限值，依据系统需求而定。。

　　本发明中的基站类型、发射功率可以相同也可以不同，基站的覆盖范围可以是任何形状的覆盖区，包括蜂窝小区。并且，门限值以及系统的覆盖概率要求可以根据系统实际需求决定，每个用户的门限值可以相同也可以不同。

　　实施例1：

　　下面参照附图并结合本发明的优选实施例来描述本发明的一种蜂窝网络中D2D通信系统的频谱复用方法。

　　参见图1，本发明中，单小区蜂窝网络D2D通信系统的频率资源复用方法，以抑制频率复用带来的同频干扰问题。可以根据本发明提出的方法设计多小区用户的无线资源分配，从而解决多小区的干扰抑制问题。

　　步骤1、如果D2D用户满足如下条件，则可以复用蜂窝用户上行频谱资源，即

　　d0>f-1(β)；公式(1)

　　

　　

　　其中：d0是D2D用户与蜂窝用户的服务基站之间的距离，代表蜂窝用户Ci到第j对D2D用户Dj接收端的距离，代表蜂窝用户到它的服务基站的距离；RD代表一对D2D用户发送端与接收端的距离；μd为D2D通信系统信干噪比门限值，依据系统需求而定；ε为蜂窝用户的上行发射功率和D2D发送端的发射功率的比值，λd为D2D用户的密度，M为蜂窝系统可用的上行频谱数量，B为信干噪比门限，β为蜂窝通信系统要求的覆盖概率门限值；θ为D2D通信系统中的路径损耗指数；α为蜂窝通信系统中的路径损耗指数；RC为蜂窝小区的覆盖半径；

　　例如图1中，D2满足C1的干扰限制，但不满足C2的干扰限制，因此D2可以与C1复用资源，而与C2使用不同的无线资源。

　　步骤2、如果第k对D2D用户(记为Dk)与第j对D2D用户(记为Dj)共享频谱资源，则需要满足如下条件：

　　

　　其中代表第k对D2D用户发送端到第j对D2D用户接收端的距离；RD代表一对D2D用户发送端与接收端的距离；μd为系统信干噪比门限值，依据系统需求而定；例如图1中，D2与D4的距离不满足干扰限制条件，因此需要为其分配不同资源。

　　步骤3、若第j对D2D用户(记为Dj)有多个蜂窝用户的上行频谱资源可以复用，例如图1中，D1同时满足C1、C2的干扰限制，则根据选取使得该干扰度量值最大的蜂窝用户复用频谱资源；其中，代表第j对D2D用户的发送端到蜂窝用户Ci的服务基站的距离。

　　本发明中的基站类型、发射功率可以相同也可以不同，基站的覆盖范围可以是任何形状的覆盖区，包括蜂窝小区。并且，门限值以及系统的覆盖概率要求可以根据系统实际需求决定，每个用户的门限值可以相同也可以不同。