一种基于全双工中继的D2D通信中的功率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于全双工中继的D2D通信中的功率控制方法，蜂窝网基站B分配给每条D2D链路和蜂窝链路相互正交的时频资源；当终端S和终端D希望采用D2D方式进行通信时，基站B为该D2D链路选择一个合适的全双工解码转发中继R，然后基站B在保证终端S和中继R的发射功率不超过最大值的情况下，通过功率控制条件比较基于全双工中继的D2D链路的最大能量效率和直连D2D链路的最大能量效率，选择能效高的方式进行通信；本发明专利技术有利于提高频谱利用率、扩大D2D技术的适用范围、更大程度上卸载基站的负担，还兼顾了传输速率和功率消耗之间的平衡，使D2D链路的通信方式选择更加灵活，更符合实际通信系统中绿色通信的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，主要涉及D2D中继通信中的功率控制，具体是一种基于全双工中继的D2D通信中的功率控制方法，适用于蜂窝网络中基于全双工中继的无线通信

技术介绍
近年来，移动通信标准化组织3GPP-LTE关注和研究一种全新的短距离数据传输技术，即终端直通技术。终端直通(以下简称D2D)通信是指邻近的终端可以直接进行数据传输而不需要通过基站进行转发的通信方式。D2D技术的短距离和直连通信方式具有高数据速率、低传输延迟和低功耗等优势；利用网络中数量庞大且分布广泛的通信终端以及D2D链路的短距离通信特点，可以实现频谱资源的有效利用，获得资源空分复用增益，拓展网络的覆盖范围。无线中继作为一种抗无线信道多径衰落技术，被广泛用于提高蜂窝网络的服务质量，扩展蜂窝小区的覆盖范围。在下一代移动通信技术的研究过程中，中继技术是D2D通信中的另一个重要的问题，D2D中继是指将具备D2D通信功能的终端作为中继，辅助D2D终端和基站之间的通信或辅助两个D2D终端之间的通信。随着绿色通信概念的提出，能耗问题成为未来无线通信系统的一个重要性能评估指标。尤其无线移动终端(比如移动手机)需要的服务越来越多，这将导致移动终端电池待机时间和寿命的缩短。如何建立一个低能耗、低污染同时又满足用户高速率需求的无线通信网络成为通信领域的一种实际而迫切的需求。文献1：W.Dan,W.Jinlong,R.Hu,C.Yueming,andZ.Liang,“Energy-EfficientResourceSharingforMobileDevice-to-DeviceMultimediaCommunications,”IEEETransactionsonVehicularTechnology,vol.63,no.5,pp.2093-2103,2014.提出了一种D2D用户复用蜂窝用户上行频谱资源的场景，在满足系统最小传输速率的情况下，通过最大化系统的能量效率来控制各个用户的发射功率。然而，文献1中的D2D通信采用的是直连通信的方式，限制了D2D通信适用的范围。如果D2D用户之间的信道衰落比较大，仍然采用直连D2D通信的话，系统的性能很有可能就会下降。文献2：T.Riihonen,S.Werner,andR.Wichman,“HybridFull-Duplex/Half-DuplexRelayingwithTransmitPowerAdaptation,”IEEETransactionsonWirelessCommunications,vol.10,no.9,pp.3074-3085,2011.提出了一种通信链路中的中继工作模式选择方案，通过最大化通信链路的频谱效率，来确定两个无线用户之间是直连通信、经过半双工中继通信还是经过全双工中继通信。文献3：李方健,“D2D通信系统中的最优中继选择及功率分配策略研究,”重庆邮电大学学报(自然科学版),no.05,pp.605-610,2014.阐述了半双工放大转发双向中继协助的D2D通信方案，在满足蜂窝系统所受干扰小于一定门限值的约束下最大化D2D链路的吞吐量。在文献2和文献3中，系统性能的提升不仅仅是依靠引入无线中继节点也是依靠增加系统的能量消耗获得的，这与当前提倡的建立绿色通信系统即低能耗的移动通信系统发展趋势是相违背的。随着人们对通信速率和通信质量的要求越来越高以及绿色通信概念的提出，如何提高通信系统的能量效率是需要进一步研究解决的问题。现有基于蜂窝网络的D2D通信系统中的功率分配过程中，仍然存在高速率需求与低功耗目标不能折中、能量利用率比较低的问题。所以，有必要研究在信道衰落较大的D2D用户间引入中继，如何获得更高的能量效率、更大程度上卸载基站的负担的资源分配问题。
技术实现思路
：针对上述技术问题的不足之处，本专利技术提出了一种高能效的蜂窝网络中基于全双工中继的D2D通信中的功率控制方法。本专利技术是一种基于全双工中继的D2D通信中的功率控制方法，其中涉及到采用集中式控制的蜂窝网基站B、D2D终端S、D2D中继R和D2D终端D，在单小区蜂窝网络中存在多个D2D中继；基站B分配给每条D2D链路和传统的蜂窝链路相互正交的时频资源；D2D链路的建立、释放以及功率的控制都由集中式的基站B负责；其特征在于，中继R工作于全双工模式，并且采用解码转发协议对接收到的信息进行处理，具体步骤包括：步骤1：D2D终端向基站发送通信请求，当终端S需要传输信息给终端D，终端S通过蜂窝网控制信道向蜂窝网基站B发送“与终端D进行D2D通信”的请求；步骤2：基站为D2D通信终端选择中继，基站B收到来自于终端S的请求后，根据终端S和终端D的具体位置，为终端S和终端D之间的通信选择一个中继R；步骤3：中继特征，中继R工作于全双工模式，且采用解码转发协议对接收到的信息进行处理；步骤4：基站发送获得信道状态请求，基站B通过蜂窝网控制信道向中继R、终端D发送“获得链路S→R、R→D、S→D的信道状态，以及中继R处的自干扰消除能力”指令；步骤5：终端D和中继R向基站反馈信道状态，中继R、终端D收到基站B发来的指令以后，中继R将估测到的两个信道状态信息反馈给基站B，分别为链路S→R的信道状态信息hSR、中继R处的自干扰的消除能力hLI；终端D将估测到的两个信道状态信息反馈给基站B，分别为链路R→D的信道状态信息hRD、链路S→D的信道状态信息hSD；步骤6：基站获得所需信噪比，基站B通过公式计算终端S与中继R的信道噪声比ηSR，通过公式计算中继R处的自干扰消除能力与噪声的比值ηLI，通过公式计算中继R与终端D、终端S与终端D的信道噪声比ηRD、ηSD；式中，终端S、中继R、终端D的加性高斯白噪声功率均为σ2；步骤7：基站建立功率控制条件，基站B在保证终端S处的发射功率pS和中继R处的发射功率pR不超过最大值的情况下，通过最大化基于全双工中继的D2D链路的能量效率，建立基于全双工中继的D2D通信的联合功率控制条件；通过最大化直连D2D链路的能量效率，建立直连D2D通信的功率控制条件；步骤8：基站获得最优的功率控制，基站B根据基于全双工中继的D2D通信的联合功率控制条件，求解基于全双工中继的D2D链路的最大能量效率和最优发射功率基站B根据直连D2D通信的功率控制条件，求解直连D2D链路的最大能量效率和最优发射功率步骤9：基站比较两种模式的D2D通信性能，基站B比较基于全双工中继的D2D链路的最大能量效率和直连D2D链路的最大能量效率如果基站B通过专用控制信道通知终端S以发射功率进行基于全双工中继的通信，通知中继R以发射功率辅助终端S和终端D的通信；如果基站B通过专用控制信道通知终端S以发射功率进行直连通信，通知中继R不参与通信；步骤10：D2D终端进行通信，若终端S、中继R和终端D接收到“进行基于全双工中继的D2D通信”的控制信息，则终端S以发射功率将信息发送给中继R，中继R采用解码转发协议对接收到的信息进行处理，然后再以发射功率将处理后的信息转发给终端D，完成功率优化后的基于全双工中继的D2D通信；若终端S、终端D接收到“进行直连D2D通信”的控制信息，则终端S以发射功率将信息发送给终端D，完成功率优化后的直连D2D通信。能量效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于全双工中继的D2D通信中的功率控制方法，其中涉及到采用集中式控制的蜂窝网基站B、D2D终端S、D2D中继R和D2D终端D，在单小区蜂窝网络中存在多个D2D中继；基站B分配给每条D2D链路和传统的蜂窝链路相互正交的时频资源；D2D链路的建立、释放以及功率的控制都由集中式的基站B负责；其特征在于，中继R工作于全双工模式，并且采用解码转发协议对接收到的信息进行处理，具体步骤包括：步骤1：D2D终端向基站发送通信请求，当终端S需要传输信息给终端D，终端S通过蜂窝网控制信道向蜂窝网基站B发送“与终端D进行D2D通信”的请求；步骤2：基站为D2D通信终端选择中继，基站B收到来自于终端S的请求后，根据终端S和终端D的具体位置，为终端S和终端D之间的通信选择一个中继R；步骤3：中继特征，中继R工作于全双工模式，且采用解码转发协议对接收到的信息进行处理；步骤4：基站发送获得信道状态请求，基站B通过蜂窝网控制信道向中继R、终端D发送“获得链路S→R、R→D、S→D的信道状态，以及中继R处的自干扰消除能力”指令；步骤5：终端D和中继R向基站反馈信道状态，中继R、终端D收到基站B发来的指令以后，中继R将估测到的两个信道状态信息反馈给基站B，分别为链路S→R的信道状态信息hSR、中继R处的自干扰的消除能力hLI；终端D将估测到的两个信道状态信息反馈给基站B，分别为链路R→D的信道状态信息hRD、链路S→D的信道状态信息hSD；步骤6：基站获得所需信噪比，基站B通过公式计算终端S与中继R的信道噪声比ηSR，通过公式计算中继R处的自干扰消除能力与噪声的比值ηLI，通过公式计算中继R与终端D、终端S与终端D的信道噪声比ηRD、ηSD；式中，终端S、中继R、终端D的加性高斯白噪声功率均为σ2；步骤7：基站建立功率控制条件，基站B在保证终端S处的发射功率pS和中继R处的发射功率pR不超过最大值的情况下，通过最大化基于全双工中继的D2D链路的能量效率，建立基于全双工中继的D2D通信的联合功率控制条件；通过最大化直连D2D链路的能量效率，建立直连D2D通信的功率控制条件；步骤8：基站获得最优的功率控制，基站B根据基于全双工中继的D2D通信的联合功率控制条件，求解基于全双工中继的D2D链路的最大能量效率和最优发射功率基站B根据直连D2D通信的功率控制条件，求解直连D2D链路的最大能量效率和最优发射功率步骤9：基站比较两种模式的D2D通信性能，基站B比较基于全双工中继的D2D链路的最大能量效率和直连D2D链路的最大能量效率如果基站B通过专用控制信道通知终端S以发射功率进行基于全双工中继的通信，通知中继R以发射功率辅助终端S和终端D的通信；如果基站B通过专用控制信道通知终端S以发射功率进行直连通信，通知中继R不参与通信；步骤10：D2D终端进行通信，若终端S、中继R和终端D接收到“进行基于全双工中继的D2D通信”的控制信息，则终端S以发射功率将信息发送给中继R，中继R采用解码转发协议对接收到的信息进行处理，然后再以发射功率将处理后的信息转发给终端D，完成功率优化后的基于全双工中继的D2D通信；若终端S、终端D接收到“进行直连D2D通信”的控制信息，则终端S以发射功率将信息发送给终端D，完成功率优化后的直连D2D通信。...

【技术特征摘要】
1.一种基于全双工中继的D2D通信中的功率控制方法，其中涉及到采用集中式控制的蜂窝网基站B、D2D终端S、D2D中继R和D2D终端D，在单小区蜂窝网络中存在多个D2D中继；基站B分配给每条D2D链路和传统的蜂窝链路相互正交的时频资源；D2D链路的建立、释放以及功率的控制都由集中式的基站B负责；其特征在于，中继R工作于全双工模式，并且采用解码转发协议对接收到的信息进行处理，具体步骤包括：步骤1：D2D终端向基站发送通信请求，当终端S需要传输信息给终端D，终端S通过蜂窝网控制信道向蜂窝网基站B发送“与终端D进行D2D通信”的请求；步骤2：基站为D2D通信终端选择中继，基站B收到来自于终端S的请求后，根据终端S和终端D的具体位置，为终端S和终端D之间的通信选择一个中继R；步骤3：中继特征，中继R工作于全双工模式，且采用解码转发协议对接收到的信息进行处理；步骤4：基站发送获得信道状态请求，基站B通过蜂窝网控制信道向中继R、终端D发送“获得链路S→R、R→D、S→D的信道状态，以及中继R处的自干扰消除能力”指令；步骤5：终端D和中继R向基站反馈信道状态，中继R、终端D收到基站B发来的指令以后，中继R将估测到的两个信道状态信息反馈给基站B，分别为链路S→R的信道状态信息hSR、中继R处的自干扰的消除能力hLI；终端D将估测到的两个信道状态信息反馈给基站B，分别为链路R→D的信道状态信息hRD、链路S→D的信道状态信息hSD；步骤6：基站获得所需信噪比，基站B通过公式计算终端S与中继R的信道噪声比ηSR，通过公式计算中继R处的自干扰消除能力与噪声的比值ηLI，通过公式计算中继R与终端D、终端S与终端D的信道噪声比ηRD、ηSD；式中，终端S、中继R、终端D的加性高斯白噪声功率均为σ2；步骤7：基站建立功率控制条件，基站B在保证终端S处的发射功率pS和中继R处的发射功率pR不超过最大值的情况下，通过最大化基于全双工中继的D2D链路的能量效率，建立基于全双工中继的D2D通信的联合功率控制条件；通过最大化直连D2D链路的能量效率，建立直连D2D通信的功率控制条件；步骤8：基站获得最优的功率控制，基站B根据基于全双工中继的D2D通信的联合功率控制条件，求解基于全双工中继的D2D链路的最大能量效率和最优发射功率基站B根据直连D2D通信的功率控制条件，求解直连D2D链路的最大能量效率和最优发射功率步骤9：基站比较两种模式的D2D通信性能，基站B比较基于全双工中继的D2D链路的最大能量效率和直连D2D链路的最大能量效率如果基站B通过专用控制信道通知终端S以发射功率进行基于全双工中继的通信，通知中继R以发射功率辅助终端S和终端D的通信；如果基站B通过专用控制信道通知终端S以发射功率进行直连通信，通知中继R不参与通信；步骤10：D2D终端进行通信，若终端S、中继R和终端D接收到“进行基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鲲，王茹，赵力强，卢小峰，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61