專利名稱：直通蜂窩系統(tǒng)中基站聯(lián)合直通終端優(yōu)化資源分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種直通蜂窩系統(tǒng)中基站聯(lián)合直通終端優(yōu)化資源分配方法，涉及在D2D(Device to Device)直通技術(shù)與蜂窩共存的系統(tǒng)中對(duì)資源的有效管理方案設(shè)計(jì)問題。
背景技術(shù)：
隨著個(gè)人通信業(yè)務(wù)需求的增加，對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能要求也隨之增加，要求網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和基礎(chǔ)設(shè)施制造商從一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的角度來提供更高的服務(wù)質(zhì)量和更豐富的業(yè)務(wù)，從新的視角在有限的資源條件下開發(fā)更多的資源復(fù)用的機(jī)會(huì)，尤其是對(duì)頻譜資源的再次開發(fā)和利用。在資源有限的條件下，系統(tǒng)間的協(xié)作和對(duì)資源的共享成為提高資源利用率一種解決方案。在頻譜沒有被有效利用、存在空洞的前提下，可以通過機(jī)會(huì)式策略來實(shí)現(xiàn)頻譜共享提高頻譜的有效利用率。即使在一個(gè)頻譜被持續(xù)使用的網(wǎng)絡(luò)中，也可以通過開發(fā)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唾Y源管理策略獲得額外增益。在傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)設(shè)備跟另一個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換必須要經(jīng)過基站或者其它核心網(wǎng)絡(luò)元素。當(dāng)兩個(gè)通信設(shè)備相對(duì)比較接近時(shí)，建立直接的通信鏈路而不需要經(jīng)過基站以節(jié)省兩個(gè)用戶設(shè)備、基站以及無(wú)線接入等其它核心網(wǎng)資源的發(fā)射功率的方式就顯得更為有意義。如果直接通信模式的設(shè)備彼此距離很接近，其發(fā)射功率可以比傳統(tǒng)蜂窩模式更低，能夠節(jié)省設(shè)備的電池耗能，降低干擾。進(jìn)一步地，降低干擾會(huì)帶來更高的系統(tǒng)容量和頻譜有效性。由蜂窩基站控制的短距離直通技術(shù)D2D不僅能夠增加系統(tǒng)吞吐量、節(jié)省用戶設(shè)備(UE)功率以及瞬時(shí)增長(zhǎng)數(shù)據(jù)速率，最重要的是能夠提供相對(duì)于傳統(tǒng)蜂窩通信雙倍的頻譜效率。在D2D通信中，D2D以u(píng)nderlay方式與蜂窩網(wǎng)絡(luò)共存，D2D用戶設(shè)備(DUEs)通過復(fù)用蜂窩資源彼此間直接發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，與引入認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的次用戶(SU)場(chǎng)景相似。然而，使用D2D技術(shù)，無(wú)線資源的使用可以以合作的方式由蜂窩網(wǎng)絡(luò)控制，而在認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中資源復(fù)用不是由主用戶系統(tǒng)控制的。這是D2D與CR系統(tǒng)的主要區(qū)別之一。此外，D2D與現(xiàn)有同類頻譜復(fù)用技術(shù)的不同之處還在于，它具有干擾可控的優(yōu)點(diǎn)；與認(rèn)知無(wú)線電需要時(shí)刻感知空閑頻譜以防影響主系統(tǒng)中用戶通信不同，D2D資源分配由系統(tǒng)決定，終端監(jiān)測(cè)操作實(shí)現(xiàn)較易，因此具有更廣闊的發(fā)展前景。在資源管理方面，現(xiàn)有的成果大多集中在對(duì)功率控制方案的設(shè)計(jì)方面，也有根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)系統(tǒng)中資源分配和復(fù)用模式所進(jìn)行的探討。此外，蜂窩系統(tǒng)中上行鏈路資源相對(duì)于下行鏈路而言，并沒有被充分使用。因此，D2D的大多數(shù)研究集中在D2D復(fù)用上行鏈路頻譜資源的場(chǎng)景。資源如何在D2D與蜂窩系統(tǒng)之間進(jìn)行分配，如何為D2D用戶分配資源并獲得共存增益，如何對(duì)系統(tǒng)中的功率、信道、時(shí)隙等資源的進(jìn)行合理有效的調(diào)度和管理是資源管理所要解決的問題。在資源管理方面，現(xiàn)有的成果大多集中在對(duì)功率控制方案的設(shè)計(jì)方面，也有根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)系統(tǒng)中資源分配和復(fù)用模式所進(jìn)行的探討。很多資源分配方案取決于系統(tǒng)資源的利用狀況，例如現(xiàn)有成果中，提出了在系統(tǒng)中有足夠的資源時(shí)可用時(shí)給D2D通信分配專用資源。當(dāng)系統(tǒng)資源全負(fù)荷使用時(shí)，D2D通信與蜂窩通信之間的干擾需要被控制在一定的范圍內(nèi)。并且大多是沒有保證D2D用戶的業(yè)務(wù)連續(xù)性。這樣D2D所帶來的增益并未得到充分發(fā)揮。根據(jù)共存系統(tǒng)特點(diǎn)，從干擾協(xié)調(diào)出發(fā)，提供基站和D2D終端聯(lián)合優(yōu)化資源分配方案。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種直通蜂窩系統(tǒng)中基站聯(lián)合直通終端優(yōu)化資源分配的方法，考慮的系統(tǒng)模型是在無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中以自組織形式存在的短距離終端直通技術(shù)(D2D)用戶與蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶以u(píng)nderlay方式共存并共同使用相同的無(wú)線資源(包括 頻道、時(shí)隙、碼字等)的場(chǎng)景，對(duì)該系統(tǒng)中的不同應(yīng)用場(chǎng)景中的干擾管理和資源分配問題展開討論。在本發(fā)明中，分別考慮了 D2D復(fù)用上行鏈路和下行鏈路資源的場(chǎng)景，找到不同應(yīng)用場(chǎng)景下的共性特征，并兼顧不同應(yīng)用場(chǎng)景的個(gè)性因素。針對(duì)D2D與蜂窩共存系統(tǒng)的特點(diǎn)，克服已有資源分配方案中的不足，提供根據(jù)不同場(chǎng)景特點(diǎn)的基站聯(lián)合直通終端的優(yōu)化資源分配方法。技術(shù)方案本發(fā)明考慮的系統(tǒng)模型包括四種場(chǎng)景，即D2D單鏈路共存系統(tǒng)(上行)，D2D單鏈路共存系統(tǒng)(下行)，D2D多鏈路共存系統(tǒng)(上行)，D2D多鏈路共存系統(tǒng)(下行)。相關(guān)建模和設(shè)計(jì)方案討論以最大化接近工程應(yīng)用需求為標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)成果的實(shí)用價(jià)值和普適性。由于D2D方式的引入，向LTE演進(jìn)的蜂窩用戶在幀結(jié)構(gòu)、物理層技術(shù)、無(wú)線資源配置等方面是否可以保持原有的技術(shù)特點(diǎn)，D2D用戶與蜂窩用戶相比，應(yīng)該在幀結(jié)構(gòu)、物理層技術(shù)等方面，尤其是、無(wú)線資源配置方面具有哪些改進(jìn)，是本發(fā)明探討的內(nèi)容所依據(jù)的主要技術(shù)問題。D2D與現(xiàn)有同類頻譜復(fù)用技術(shù)的不同之處還在于，它具有干擾可控的優(yōu)點(diǎn)，D2D資源分配由系統(tǒng)決定，終端監(jiān)測(cè)操作實(shí)現(xiàn)較易，因此具有更廣闊的發(fā)展前景。D2D的資源分配涉及在D2D與蜂窩共存的系統(tǒng)中對(duì)資源的有效分配方案的設(shè)計(jì)問題。由BS控制蜂窩通信和D2D通信的發(fā)射功率和頻率、時(shí)隙資源分配。D2D用戶設(shè)備既可以共用蜂窩用戶CU的上行鏈路UL也可以共用蜂窩的下行鏈路DL資源。在共存系統(tǒng)中，每個(gè)場(chǎng)景中包含一個(gè)以接入點(diǎn)AP或基站BS為中心的半徑為R的圓，在圓內(nèi)有兩種類型的用戶。一類是通過BS進(jìn)行上下行通信的蜂窩用戶CU，系統(tǒng)的上下行幀采用標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)度和信號(hào)控制方式進(jìn)行指定信道的分配。在BS處存在一個(gè)最小的SINR值β BS,是確保BS和CU之間鏈路存在的最低SINR要求值。在蜂窩系統(tǒng)中關(guān)于BS處的SINR還有一個(gè)常數(shù)K的設(shè)定，用于補(bǔ)償噪聲和干擾的影響。另一類用戶是終端直通用戶設(shè)備DUE，D2D用戶采用彼此間的直接或多跳方式進(jìn)行通信，而不需要經(jīng)過BS。只要蜂窩鏈路的SINR不小于最低需求值，D2D用戶允許使用跟CU相同的資源。同樣，為了使D2D用戶間能夠成功完成傳輸，D2D鏈路上也存在一個(gè)最低需求的SINR值i3DD。D2D用戶可以是現(xiàn)有蜂窩系統(tǒng)中由于BS滿負(fù)載而分配不到資源的CU;也可以是在蜂窩系統(tǒng)中距離相近的CU，采用D2D方式可以節(jié)省傳輸時(shí)間和開銷，擴(kuò)充系統(tǒng)容量；還可以是處在擁擠頻段上的其它系統(tǒng)用戶(比如ISM頻段上的用戶)，為了避免干擾和資源使用的擁擠，獲得更寬帶寬和更好服務(wù)，愿意付出一定費(fèi)用而獲得一定授權(quán)頻段資源的用戶。前兩種情況下，蜂窩系統(tǒng)通過D2D方式可以開發(fā)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浍@得額外的容量增益，第三種情況通過D2D方式可以使系統(tǒng)資源被更多異構(gòu)系統(tǒng)共享，緩解擁擠頻段的資源壓力，獲得資源復(fù)用增益，提高資源利用率，同時(shí)，需要具有系統(tǒng)間轉(zhuǎn)換或匹配功能的軟硬設(shè)備。D2D系統(tǒng)的資源分配可以由BS進(jìn)行集中控制，也可以由D2D用戶端自行完成。由BS控制的資源分配方式，BS需要在得到D2D用戶的通信請(qǐng)求時(shí)，根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)中資源的使用和分配狀況、DUE和UE用戶的位置及周圍可能存在的干擾情況作出判決。在下行鏈路中告知D2D用戶所分配到的信道、時(shí)隙和功率電平等相關(guān)資源以完成D2D通信。由D2D用戶端完成對(duì)所需資源的選擇時(shí)，需要增加D2D用戶端的功能，首先，D2D用戶端需要確定哪些信道資源是可用的，在相關(guān)信道上，多大的發(fā)射功率是允許的，而不對(duì)⑶產(chǎn)生影響。其次，發(fā)送端 的D2D用戶需要清楚其鄰居D2D用戶的特征以便發(fā)現(xiàn)達(dá)到終端D2D節(jié)點(diǎn)的最佳路由。這些信息可以由BS的下行信道廣播信息獲得。兩種資源分配方式均有利弊，由D2D用戶端對(duì)資源進(jìn)行選擇的方式屬于一種分布式的資源分配方式，可以減輕BS的處理負(fù)擔(dān)，可以根據(jù)用戶本身的特性選擇最適合的資源，達(dá)到局部最優(yōu)，隨機(jī)靈活，缺點(diǎn)是對(duì)全局干擾的管理不充分，容易產(chǎn)生對(duì)隱藏的CU的干擾。由BS進(jìn)行集中控制的資源分配方式，可以對(duì)全局的干擾進(jìn)行有效的管理，通過對(duì)全局的考慮作出資源的統(tǒng)籌分配達(dá)到全局最優(yōu)，缺點(diǎn)是BS的工作量增加，DCU用戶分配到的資源未必是最優(yōu)的，缺少靈活性，尤其在用戶終端移動(dòng)的情況下，反而為BS的切換和資源分配帶來額外負(fù)擔(dān)。在LTE框架下的蜂窩系統(tǒng)可以支持FDD和TDD兩種雙工方式，兩種模式對(duì)資源的分配也會(huì)產(chǎn)生重要的影響。在TDD系統(tǒng)中，一個(gè)⑶有一個(gè)頻率信道和不同的時(shí)隙，依靠時(shí)隙區(qū)分上下行。在FDD系統(tǒng)中，一個(gè)CU有兩個(gè)頻率信道和連續(xù)時(shí)間傳輸。如果系統(tǒng)采用TDD方式，D2D用戶共享的是同一頻段上CU的上下行時(shí)隙資源，如果系統(tǒng)采用FDD方式，D2D用戶共享的是不同⑶各自的上下行頻率資源。對(duì)于FDD系統(tǒng)而言，D2D對(duì)⑶的干擾表現(xiàn)在同頻干擾上，對(duì)于TDD系統(tǒng)而言，D2D對(duì)⑶的干擾表現(xiàn)在時(shí)隙的碰撞上。在一個(gè)小區(qū)內(nèi)部的鄰道干擾可以通過帶寬在時(shí)間、頻率或碼字方面的正交設(shè)計(jì)(如TDMA、FDMA, CDMA)來避免。由于FDD和TDD系統(tǒng)在在系統(tǒng)底層設(shè)計(jì)，尤其是物理層的設(shè)計(jì)上的顯著差別，對(duì)引入D2D的蜂窩系統(tǒng)中的資源分配機(jī)制等的內(nèi)容和依據(jù)就各不相同，需要區(qū)別對(duì)待。綜合以上分析，為了不中斷傳統(tǒng)蜂窩用戶鏈路的正常通信，獲得D2D帶來的有效增益，允許D2D用戶在共享上行鏈路資源時(shí)采用D2D用戶端對(duì)資源進(jìn)行選擇的資源分配方式，此時(shí)，D2D用戶只需要考慮他們自身的信號(hào)對(duì)其他CU的干擾。如果D2D用戶共享蜂窩系統(tǒng)的下行鏈路資源，就要考慮其對(duì)系統(tǒng)中存在的每一個(gè)用戶的干擾，因此，可以采用BS集中控制的方式進(jìn)行資源分配，發(fā)揮BS的集中控制優(yōu)勢(shì)。為了充分發(fā)揮兩種分配方式的優(yōu)勢(shì)，可以將兩者結(jié)合考慮，形成如圖I所示的發(fā)明方案。BS根據(jù)上行用戶傳送的數(shù)據(jù)對(duì)可以進(jìn)行D2D通信的用戶進(jìn)行標(biāo)記，并在下行鏈路中告知可以進(jìn)入D2D通信模式的用戶(包括用戶的發(fā)送端和接收端)，同時(shí)告知采用D2D模式進(jìn)行通信的可用資源(包括信道、時(shí)隙和功率等)。這些資源的分配依據(jù)是通過功耗和路徑損耗所得到的對(duì)用戶位置信息的估計(jì)和預(yù)測(cè)，通過SINR的計(jì)算得到產(chǎn)生新的D2D用戶后D2D對(duì)CU的干擾容限，用戶的流量對(duì)干擾容限和整體容量的影響范圍等，所有這些因素都是BS進(jìn)行全局資源優(yōu)化的條件，根據(jù)這些條件，通過系統(tǒng)傳輸容量最優(yōu)化得到了對(duì)D2D用戶資源的分配，并將這種分配告知D2D用戶。在D2D用戶端，會(huì)根據(jù)其對(duì)鄰居節(jié)點(diǎn)的干擾以及⑶對(duì)D2D用戶的干擾作出評(píng)估，在保證不影響⑶通信的同時(shí)兼顧D2D鏈路的通信質(zhì)量，由此作出對(duì)BS分配的資源的選擇 ，以完成局部的優(yōu)化。該方法具體包括，為了不中斷傳統(tǒng)蜂窩用戶鏈路的正常通信，獲得端到端D2D直通技術(shù)帶來的有效增益，允許D2D用戶在共享蜂窩系統(tǒng)上行和下行鏈路資源時(shí)采用D2D用戶端對(duì)資源進(jìn)行選擇的資源分配方式，此時(shí)，D2D用戶只需要考慮他們自身的信號(hào)對(duì)其他蜂窩用戶CU的干擾，同時(shí)，采用基站BS集中控制的方式進(jìn)行資源分配，發(fā)揮基站BS的集中控制優(yōu)勢(shì)，充分利用基站和D2D終端聯(lián)合優(yōu)化方式，發(fā)揮兩種分配方式的優(yōu)勢(shì)；具體場(chǎng)景應(yīng)用和實(shí)施方法為
1)D2D用戶共享上行鏈路資源方式為
系統(tǒng)A包括系統(tǒng)Al D2D單鏈路共享上行資源場(chǎng)景，系統(tǒng)A2 D2D多鏈路共享上行資源場(chǎng)景，
在系統(tǒng)Al和系統(tǒng)A2中，在共享上行鏈路場(chǎng)景主要存在D2D用戶對(duì)基站BS的累積干擾、D2D用戶共用蜂窩用戶CU信道的同信道干擾以及蜂窩用戶CU對(duì)D2D接收的干擾三種干擾形式；為了對(duì)D2D用戶對(duì)基站BS的累積干擾、D2D用戶共用蜂窩用戶CU信道的同信道干擾以及蜂窩用戶CU對(duì)D2D接收的干擾三種干擾進(jìn)行控制，兼顧蜂窩用戶CU和D2D用戶的性能，資源分配的方案如下
步驟一首先是蜂窩用戶CU通過接收的功率和信號(hào)干擾噪聲比SINR值的分析，對(duì)干擾容限通過馬爾科夫經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行評(píng)估，并將結(jié)果通過上行鏈路上傳給基站BS ；
步驟二 有D2D通信意向的用戶通過接收的功率和SINR值的分析，通過馬爾科夫經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)干擾容限進(jìn)行評(píng)估，并將結(jié)果通過上行鏈路上傳給基站BS ；
步驟三基站BS通過馬爾科夫經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)各用戶累積干擾的干擾容限經(jīng)驗(yàn)值，并評(píng)估蜂窩用戶⑶和D2D用戶上傳的干擾經(jīng)驗(yàn)值決定哪些用戶可以進(jìn)行D2D通信；
步驟四根據(jù)最優(yōu)化傳輸容量理論得到在頻分復(fù)用/時(shí)分復(fù)用FDD/TDD不同方式下的資源分配；
步驟五分配方案通過下行鏈路傳給相應(yīng)用戶；
步驟六在D2D用戶端通過接收的功率和SINR值的分析，通過馬爾科夫經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)干擾容限進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)D2D服務(wù)質(zhì)量需求對(duì)資源分配進(jìn)行選擇；
步驟七如果基站BS的分配方案無(wú)法滿足D2D需求，D2D將結(jié)果通過上行鏈路傳給基站BS，基站BS在新一輪分配中將考慮D2D的請(qǐng)求，對(duì)資源進(jìn)行重新分配，在此過程中，為避免D2D用戶處于饑餓狀態(tài)，基站BS和D2D終端會(huì)設(shè)置最低需求門限；
如果基站BS的分配方案滿足D2D需求，系統(tǒng)開始準(zhǔn)備接通D2D傳輸鏈路；
2)D2D用戶共享下行鏈路資源的方式為
系統(tǒng)B包括系統(tǒng)BI :D2D單鏈路共享下行資源場(chǎng)景，系統(tǒng)B2 :D2D多鏈路共享下行資源場(chǎng)景，
系統(tǒng)B與系統(tǒng)A的資源分配相比較，相同之處在于都需要由基站BS對(duì)用戶和資源的分配進(jìn)行總體控制；主要不同之處在于基站BS不需要考慮在基站BS處的累積干擾，系統(tǒng)總的用戶容量不是取決于對(duì)BS處累積干擾的分析，基站BS需要考慮如何在D2D用戶和蜂窩用戶之間進(jìn)行多用戶資源調(diào)度，在確保D2D用戶和蜂窩用戶的服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，最大限度地進(jìn)行資源復(fù)用和擴(kuò)容；具體實(shí)施方式
如下
步驟一首先基站BS根據(jù)接收到的用戶的功率或者用戶上傳的位置信息對(duì)用戶的位置分布進(jìn)行預(yù)判，根據(jù)位置分布將有可能存在干擾關(guān)系D2D用戶和蜂窩用戶進(jìn)行干擾子域劃分，其中子域中最多存在一個(gè)蜂窩用戶CU，可以存在多個(gè)D2D用戶；
步驟二 對(duì)在同一子域內(nèi)的蜂窩用戶CU的干擾容限進(jìn)行評(píng)估，在保證蜂窩用戶CU的服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)分配D2D的資源，進(jìn)行多用戶資源調(diào)度，并將結(jié)果廣播給相應(yīng)的用戶；
步驟三根據(jù)最優(yōu)化傳輸容量理論得到在FDD/TDD不同方式下的資源分配；
步驟四分配方案通過下行鏈路傳給相應(yīng)用戶；
步驟五在D2D用戶端通過接收的功率和SINR值的分析，通過馬爾科夫經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)干擾容限進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)D2D服務(wù)質(zhì)量需求對(duì)資源分配進(jìn)行選擇；
步驟六D2D用戶根據(jù)D2D服務(wù)質(zhì)量需求對(duì)資源分配進(jìn)行選擇，如果基站BS的分配方案無(wú)法滿足D2D需求，D2D將結(jié)果通過上行鏈路傳給基站BS，基站BS在新一輪分配中將考慮D2D的請(qǐng)求，對(duì)資源進(jìn)行重新分配，在此過程中，為避免D2D用戶處于饑餓狀態(tài)，基站BS和D2D終端會(huì)設(shè)置最低需求門限；
如果基站BS的分配方案滿足D2D需求，系統(tǒng)開始準(zhǔn)備接通D2D傳輸鏈路。有益效果充分提高引入D2D直通技術(shù)的共存系統(tǒng)的資源利用率和有效性，最大限速地開發(fā)資源的復(fù)用增益，增加系統(tǒng)容量，增加業(yè)務(wù)類型，保障服務(wù)質(zhì)量。從新的資源分配視角在有限的資源條件下開發(fā)更多的資源復(fù)用的機(jī)會(huì)，尤其是對(duì)頻譜資源的再次開發(fā)和利用。根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算的干擾容限，發(fā)明單鏈路和多鏈路D2D在不同雙工方式場(chǎng)景下的資源分配方案。將基站的控制和D2D用戶端的選擇進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化的發(fā)明方案，兼顧全局和局部的性能，蜂窩系統(tǒng)和D2D子系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，保證共存系統(tǒng)獲得D2D技術(shù)帶來的額外增益。


圖I是本發(fā)明所依據(jù)的聯(lián)合資源分配方案總體框 圖2是本發(fā)明提出的D2D共享上行鏈路的聯(lián)合資源分配流程 圖3是本發(fā)明提出的D2D共享下行鏈路的聯(lián)合資源分配流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明考慮系統(tǒng)中的四種不同應(yīng)用場(chǎng)景中的資源分配問題。即D2D單鏈路共享上行資源場(chǎng)景(系統(tǒng)Al )，D2D多鏈路共享上行資源場(chǎng)景(系統(tǒng)A2 )，D2D單鏈路共享下行資源場(chǎng)景(系統(tǒng)BI )，D2D多鏈路共享下行資源場(chǎng)景(系統(tǒng)B2)。圍繞圖I的發(fā)明思路，我們將從共享上行鏈路資源和共享下行鏈路資源兩個(gè)場(chǎng)景設(shè)計(jì)具體實(shí)施方式
。參照?qǐng)D2，D2D用戶共享上行鏈路資源的具體實(shí)施方式
為
在系統(tǒng)Al和A2中，在共享上行鏈路場(chǎng)景主要存在D2D用戶對(duì)BS的累積干擾、D2D用戶共用⑶信道的同信道干擾以及⑶對(duì)D2D接收的干擾三種干擾形式。為了對(duì)D2D用戶對(duì)BS的累積干擾、D2D用戶共用⑶信道的同信道干擾以及⑶對(duì)D2D接收的干擾三種干擾進(jìn)行控制，兼顧C(jī)U和D2D用戶的性能，資源分配的方案如下
步驟202 :首先是CU通過接收的功率和SINR值的分析，對(duì)干擾容限通過馬爾科夫經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行評(píng)估，并將結(jié)果通過上行鏈路上傳給BS。步驟204 :有D2D通信意向的用戶通過接收的功率和SINR值的分析，通過馬爾科夫經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)干擾容限進(jìn)行評(píng)估，并將結(jié)果通過上行鏈路上傳給BS。步驟206 BS通過馬爾科夫經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)各用戶累積干擾的干擾容限經(jīng)驗(yàn)值，并評(píng)估⑶和D2D用戶上傳的干擾經(jīng)驗(yàn)值決定哪些用戶可以進(jìn)行D2D通信(步驟208)。步驟208 :BS根據(jù)各個(gè)用戶的位置信息判決哪些用戶適合進(jìn)行D2D模式通信，哪些 用戶仍然是蜂窩通信模式，并將結(jié)果告知適合進(jìn)行D2D通信的用戶。步驟210 :根據(jù)最優(yōu)化傳輸容量理論得到在FDD/TDD不同方式下的資源分配。步驟212 :分配方案通過下行鏈路傳給相應(yīng)用戶。步驟214 :在D2D用戶端通過接收的功率和SINR值的分析，通過馬爾科夫經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)干擾容限進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)D2D服務(wù)質(zhì)量需求對(duì)資源分配進(jìn)行選擇。步驟216 D2D終端將自身判斷的結(jié)果通過上行信道傳給BS。步驟218 :如果BS的分配方案無(wú)法滿足D2D需求，D2D將結(jié)果通過上行鏈路傳給BS (步驟216)，BS在新一輪分配中將考慮D2D的請(qǐng)求，對(duì)資源進(jìn)行重新分配，在此過程中，為避免D2D用戶處于饑餓狀態(tài)，BS和D2D終端會(huì)設(shè)置最低需求門限。如果BS的分配方案滿足D2D需求，系統(tǒng)開始準(zhǔn)備接通D2D傳輸鏈路步驟202。參照?qǐng)D3，D2D用戶共享下行鏈路資源的具體實(shí)施方式
為
B系統(tǒng)與A系統(tǒng)的資源分配相比較，相同之處在于都需要由BS對(duì)用戶和資源的分配進(jìn)行總體控制。主要不同之處在于BS不需要考慮在BS處的累積干擾，系統(tǒng)總的用戶容量不是取決于對(duì)BS處累積干擾的分析，BS需要考慮如何在D2D用戶和蜂窩用戶之間進(jìn)行多用戶資源調(diào)度，在確保D2D用戶和蜂窩用戶的服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，最大限度地進(jìn)行資源復(fù)用和擴(kuò)容。
具體實(shí)施方式
如下
步驟302 :首先BS根據(jù)接收到的用戶的功率或者用戶上傳的位置信息對(duì)用戶的位置分布進(jìn)行預(yù)判，根據(jù)位置分布將有可能存在干擾關(guān)系D2D用戶和蜂窩用戶進(jìn)行干擾子域劃分(子域中之多存在一個(gè)⑶，可以存在多個(gè)D2D用戶)。步驟304 :對(duì)在同一子域內(nèi)的用戶的干擾容限(主用是CU的干擾容限)進(jìn)行評(píng)估，在保證CU的服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)分配D2D的資源，進(jìn)行多用戶資源調(diào)度，并將結(jié)果廣播給相應(yīng)的用戶。步驟306 :根據(jù)最優(yōu)化傳輸容量理論得到在FDD/TDD不同方式下的資源分配。步驟308 :分配方案通過下行鏈路傳給相應(yīng)用戶。步驟310 :在D2D用戶端通過接收的功率和SINR值的分析，通過馬爾科夫經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)干擾容限進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)D2D服務(wù)質(zhì)量需求對(duì)資源分配進(jìn)行選擇。步驟312 D2D終端將自身判斷的結(jié)果通過上行信道傳給BS。步驟314 :D2D用戶根據(jù)D2D服務(wù)質(zhì)量需求對(duì)資源分配進(jìn)行選擇，如果BS的分配方案無(wú)法滿足D2D需求，D2D將結(jié)果通過上行鏈路傳給BS (步驟312)，BS在新一輪分配中將考慮D2D的請(qǐng)求，對(duì)資源進(jìn)行重新分配，在此過程中，為避免D2D用戶處于饑餓狀態(tài)，BS和D2D終端會(huì)設(shè)置最低需求門限。如果BS的分配方案滿足D2D需求，系統(tǒng)開始準(zhǔn)備接通D2D傳輸鏈路(步驟316)。
步驟316 :進(jìn)入鏈路接通階段。
權(quán)利要求
1.ー種直通蜂窩系統(tǒng)中基站聯(lián)合直通終端優(yōu)化資源分配的方法，其特征在于該方法包括，為了不中斷傳統(tǒng)蜂窩用戶鏈路的正常通信，獲得端到端D2D直通技術(shù)帶來的有效增益，允許D2D用戶在共享蜂窩系統(tǒng)上行和下行鏈路資源時(shí)采用D2D用戶端對(duì)資源進(jìn)行選擇的資源分配方式，此時(shí)，D2D用戶只需要考慮他們自身的信號(hào)對(duì)其他蜂窩用戶CU的干擾，同時(shí)，采用基站BS集中控制的方式進(jìn)行資源分配，發(fā)揮基站BS的集中控制優(yōu)勢(shì)，充分利用基站和D2D終端聯(lián)合優(yōu)化方式，發(fā)揮兩種分配方式的優(yōu)勢(shì)；具體場(chǎng)景應(yīng)用和實(shí)施方法為 1)D2D用戶共享上行鏈路資源方式為 系統(tǒng)A包括系統(tǒng)Al D2D單鏈路共享上行資源場(chǎng)景，系統(tǒng)A2 D2D多鏈路共享上行資源場(chǎng)景， 在系統(tǒng)Al和系統(tǒng)A2中，在共享上行鏈路場(chǎng)景主要存在D2D用戶對(duì)基站BS的累積干擾、 D2D用戶共用蜂窩用戶CU信道的同信道干擾以及蜂窩用戶CU對(duì)D2D接收的干擾三種干擾形式；為了對(duì)D2D用戶對(duì)基站BS的累積干擾、D2D用戶共用蜂窩用戶CU信道的同信道干擾以及蜂窩用戶CU對(duì)D2D接收的干擾三種干擾進(jìn)行控制，兼顧蜂窩用戶CU和D2D用戶的性能，資源分配的方案如下 步驟ー首先是蜂窩用戶CU通過接收的功率和信號(hào)干擾噪聲比SINR值的分析，對(duì)干擾容限通過馬爾科夫經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行評(píng)估，并將結(jié)果通過上行鏈路上傳給基站BS ； 步驟ニ 有D2D通信意向的用戶通過接收的功率和SINR值的分析，通過馬爾科夫經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)干擾容限進(jìn)行評(píng)估，并將結(jié)果通過上行鏈路上傳給基站BS ； 步驟三基站BS通過馬爾科夫經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)各用戶累積干擾的干擾容限經(jīng)驗(yàn)值，并評(píng)估蜂窩用戶⑶和D2D用戶上傳的干擾經(jīng)驗(yàn)值決定哪些用戶可以進(jìn)行D2D通信； 步驟四根據(jù)最優(yōu)化傳輸容量理論得到在頻分復(fù)用/時(shí)分復(fù)用FDD/TDD不同方式下的資源分配； 步驟五分配方案通過下行鏈路傳給相應(yīng)用戶； 步驟六在D2D用戶端通過接收的功率和SINR值的分析，通過馬爾科夫經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)干擾容限進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)D2D服務(wù)質(zhì)量需求對(duì)資源分配進(jìn)行選擇； 步驟七如果基站BS的分配方案無(wú)法滿足D2D需求，D2D將結(jié)果通過上行鏈路傳給基站BS，基站BS在新ー輪分配中將考慮D2D的請(qǐng)求，對(duì)資源進(jìn)行重新分配，在此過程中，為避免D2D用戶處于饑餓狀態(tài)，基站BS和D2D終端會(huì)設(shè)置最低需求門限； 如果基站BS的分配方案滿足D2D需求，系統(tǒng)開始準(zhǔn)備接通D2D傳輸鏈路； 2)D2D用戶共享下行鏈路資源的方式為 系統(tǒng)B包括系統(tǒng)BI :D2D單鏈路共享下行資源場(chǎng)景，系統(tǒng)B2 :D2D多鏈路共享下行資源場(chǎng)景， 系統(tǒng)B與系統(tǒng)A的資源分配相比較，相同之處在于都需要由基站BS對(duì)用戶和資源的分配進(jìn)行總體控制；主要不同之處在于基站BS不需要考慮在基站BS處的累積干擾，系統(tǒng)總的用戶容量不是取決于對(duì)BS處累積干擾的分析，基站BS需要考慮如何在D2D用戶和蜂窩用戶之間進(jìn)行多用戶資源調(diào)度，在確保D2D用戶和蜂窩用戶的服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，最大限度地進(jìn)行資源復(fù)用和擴(kuò)容；具體實(shí)施方式
如下 步驟一首先基站BS根據(jù)接收到的用戶的功率或者用戶上傳的位置信息對(duì)用戶的位置分布進(jìn)行預(yù)判，根據(jù)位置分布將有可能存在干擾關(guān)系D2D用戶和蜂窩用戶進(jìn)行干擾子域劃分，其中子域中最多存在一個(gè)蜂窩用戶CU，可以存在多個(gè)D2D用戶； 步驟二 對(duì)在同一子域內(nèi)的蜂窩用戶CU的干擾容限進(jìn)行評(píng)估，在保證蜂窩用戶CU的服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)分配D2D的資源，進(jìn)行多用戶資源調(diào)度，并將結(jié)果廣播給相應(yīng)的用戶； 步驟三根據(jù)最優(yōu)化傳輸容量理論得到在FDD/TDD不同方式下的資源分配； 步驟四分配方案通過下行鏈路傳給相應(yīng)用戶； 步驟五在D2D用戶端通過接收的功率和SINR值的分析，通過馬爾科夫經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)干擾容限進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)D2D服務(wù)質(zhì)量需求對(duì)資源分配進(jìn)行選擇； 步驟六D2D用戶根據(jù)D2D服務(wù)質(zhì)量需求對(duì)資源分配進(jìn)行選擇，如果基站BS的分配方案無(wú)法滿足D2D需求，D2D將結(jié)果通過上行鏈路傳給基站BS，基站BS在新一輪分配中將考慮D2D的請(qǐng)求，對(duì)資源進(jìn)行重新分配，在此過程中，為避免D2D用戶處于饑餓狀態(tài)，基站BS和D2D終端會(huì)設(shè)置最低需求門限； 如果基站BS的分配方案滿足D2D需求，系統(tǒng)開始準(zhǔn)備接通D2D傳輸鏈路。
全文摘要
本發(fā)明是一種直通蜂窩系統(tǒng)中基站聯(lián)合直通終端優(yōu)化資源分配的方法，為了不中斷傳統(tǒng)蜂窩用戶鏈路的正常通信，獲得端到端D2D直通技術(shù)帶來的有效增益，允許D2D用戶在共享蜂窩系統(tǒng)上行和下行鏈路資源時(shí)采用D2D用戶端對(duì)資源進(jìn)行選擇的資源分配方式，此時(shí)，D2D用戶只需要考慮他們自身的信號(hào)對(duì)其他蜂窩用戶CU的干擾，同時(shí)，采用基站BS集中控制的方式進(jìn)行資源分配，發(fā)揮基站BS的集中控制優(yōu)勢(shì)，充分利用基站和D2D終端聯(lián)合優(yōu)化方式，發(fā)揮兩種分配方式的優(yōu)勢(shì)；充分提高引入D2D直通技術(shù)的共存系統(tǒng)的資源利用率和有效性，最大限速地開發(fā)資源的復(fù)用增益，增加系統(tǒng)容量，增加業(yè)務(wù)類型，保障服務(wù)質(zhì)量。從新的資源分配視角在有限的資源條件下開發(fā)更多的資源復(fù)用的機(jī)會(huì)。
文檔編號(hào)H04W72/04GK102638893SQ20121009471
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者孫君, 朱洪波, 邵世祥 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)