OFDM蜂窝网络中进行能量收集的D2D协作通信方法技术

本发明专利技术公开一种OFDM蜂窝网络中进行能量收集的D2D协作通信方法，该方法包括如下步骤：S1、在基站和与基站不能正常通信的蜂窝用户之间选择空闲D2D用户作为中继节点；S2、基站将待发送给蜂窝用户的下行信号发送至中继节点，蜂窝用户将已知信号发送至中继节点，两个发送过程均使用基站原本欲分配给蜂窝用户的信道；同时，中继节点采用功率分割的方式接收信号，分别对分出的一部分信号进行能量收集，对另一部分信号进行信息解码；S3、中继节点利用收集的能量将下行信号中的信息转发至蜂窝用户，转发过程复用小区中其他D2D对的信道。本发明专利技术所述技术方案中的中继节点同时从基站和蜂窝用户两处收集能量，提高能量收集的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动通信领域。更具体地，涉及一种OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)蜂窝网络中进行能量收集的D2D协作通信方法。
技术介绍
近年来，移动通信技术快速发展，高速率、低能耗、低时延、个性化等业务需求为其带来新的挑战，并促进了学术界对新兴通信技术的研究。终端直通(Device-to-Device，D2D)通信技术即是一项在未来移动通信系统中极具发展前景的技术。D2D通信技术可在距离较近的终端之间直接建立通信链路，能够有效降低基站负载，提升数据传输效率等。同时，D2D通信作为近距离通信，发送功率低，传输速率高，有利于能量的有效使用。图1示出了蜂窝网络中D2D通信的示意图。在图1中共有三个用户设备(User Equipment，UE)，其中UE1是传统蜂窝用户设备(Cellular User Equipment，CUE)，L1和L2分别是UE1和基站(Base Station，BS)间的下行与上行传输链路。UE2和UE3是D2D用户设备(D2D User Equipment，DUE)，一般距离较近。L3是UE2与UE3之间的通信链路，可复用L1或L2的频谱资源，该复用方式可提高频谱资源利用效率，但同时会对L1或L2链路上的数据传输造成干扰；L3也可使用与蜂窝链路正交的频谱资源，此时不会对小区原有用户带来额外的干扰，但需耗费额外频谱资源。L4与L5是基站向UE2和UE3发送的控制信息，可用于D2D通信的频谱资源分配、功率分配及其它调度等。D2D通信技术在多种场景下有均有重要应用。例如，可在两个移动设备之间直接建立通信链路，用于用户距离较近时的语音通话、文件传输等，这是最基本的D2D通信方式。若扩展成多播的D2D通信，则可用于商场中商家向周围顾客的优惠信息推送。若引入“簇(cluster)”的思想，用户可发现周围有类似通信需求的设备，与其建立小型的网络，可用作联机游戏对战或应急通信网络。另外，也可构建D2D协作通信网络，用于由阻挡导致的直通链路不能建立的情形。射频信号中同时含有信息与能量，多数研究工作只关注其中的信息部分，而能量收集技术可将部分射频信号转化为可供接收机使用的能量，实现能量与信息的同时传输。具有能量收集功能的设备除收发信息用的电路外，还含有能量收集电路，由电容、电压倍增器、阻抗匹配等组成，可将射频信号中的能量转化为直流输出。所收集的能量可立即使用，也可先储存，待需要时再使用。接收端若要同时进行能量的收集与信息的解码，就需要根据一定的原则在两种模式之间切换。常见的方法有两种，一种为时间切换(time switching，TS)，即在一个传输周期内，将一定比例时间接收的信号全部转化为能量，而在剩余时间段内接收的信号全部用于信息解码；另一种称为功率分割(power splitting，PS)，即在一个周期内连续地接收信号，将其按比例分为两部分，一部分经由能量转化电路转换成能量，剩余的用于解码以完成信息接收。能量收集思想可应用于无线感知网和体域网等能量受限的网络中，网络中的设备通过能量收集方式获取相互通信所需的能量，而不需安装电池，以减小设备的体积与重量。另外，该思想多与中继相结合，例如，有研究提出一种先收集再协作的协议方法，在下行链路中，源结点和中继结点均从无线访问节点(Access Point，AP)中收集能量，在相应的上行链路中，中继节点可以协助源节点传输上行信息。因此，需要提供一种OFDM蜂窝网络中进行能量收集的D2D协作通信方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种OFDM蜂窝网络中进行能量收集的D2D协作通信方法，利用空闲D2D用户作为中继节点向蜂窝用户转发基站的下行信号中的信息，中继节点在保证蜂窝信息传输的前提下同时从基站和蜂窝用户两处收集信号中的能量，以作为转发下行信号中的信息时的收益，解决现有的能量收集方案中，中继节点只从源节点或目的节点处收集能量，由于中继节点位置具有不确定性，其可能距能量提供源较远，从而导致能量收集效率低的问题。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种OFDM蜂窝网络中进行能量收集的D2D协作通信方法，该方法包括如下步骤：S1、在基站和与基站不能正常通信的蜂窝用户之间选择空闲D2D用户作为基站和蜂窝用户之间通信的中继节点；S2、基站将待发送给蜂窝用户的下行信号发送至中继节点，蜂窝用户将已知信号发送至中继节点，两个发送过程使用的链路均为基站原本欲分配给蜂窝用户的信道；同时，中继节点采用功率分割的方式接收下行信号和已知信号，分别对分出的一部分下行信号和已知信号进行能量收集，对分出的另一部分下行信号和已知信号进行信息解码；S3、中继节点利用步骤S2收集的能量将下行信号中的信息转发至蜂窝用户，该转发过程使用的链路复用小区中其他D2D对的信道。优选地，中继节点采用半双工模式通信，且采用译码转发的协作方式。优选地，步骤S2中对分出的一部分下行信号和已知信号进行能量收集过程中继节点在单个传输周期T中所能收集的能量EEH为：EEH＝T1·η·ρ·(PBhBRdBR-α+PChCRdCR-α+I1)公式中，T1为单个传输周期T中步骤S2所占的时间长度，η为中继节点的能量收集电路转换效率，ρ为功率分割参数，PB、PC分别为基站、蜂窝用户的发射功率，hBR、hCR分别为基站与中继节点之间、蜂窝用户与中继节点之间链路的小尺度衰落，dBR、dCR分别为基站与中继节点之间、蜂窝用户与中继节点之间的链路长度，α为路径损耗因子，dBR-α、dCR-α分别为相应链路上的路径损耗，I1是单个传输周期T中步骤S2所占的时间长度中信号所经历的干扰，I1＝IBR+ICR，IBR和ICR分别为其它小区使用同一信道发送信息的基站及使用同一信道为中继节点发送已知信号序列的蜂窝用户对中继节点造成的干扰。优选地，步骤S2中对分出的另一部分下行信号和已知信号进行信息解码中对分出的另一部分下行信号进行信息解码过程在单个传输周期T中的信号干扰比SIR1为：公式中，PB为基站的发射功率，hBR为基站与中继节点之间链路的小尺度衰落，dBR为基站与中继节点之间链路长度，α为路径损耗因子，dBR-α为基站与中继节点之间链路上的路径损耗，IBR和ICR分别为其它小区使用同一信道发送信息的基站及使用同一信道为中继节点发送已知信号序列的蜂窝用户对中继节点造成的干扰。优选地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种OFDM蜂窝网络中进行能量收集的D2D协作通信方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1、在基站和与基站不能正常通信的蜂窝用户之间选择空闲D2D用户作为所述基站和所述蜂窝用户之间通信的中继节点；S2、所述基站将待发送给所述蜂窝用户的下行信号发送至所述中继节点，所述蜂窝用户将已知信号发送至所述中继节点，两个发送过程使用的链路均为基站原本欲分配给蜂窝用户的信道；同时，所述中继节点采用功率分割的方式接收所述下行信号和所述已知信号，分别对分出的一部分所述下行信号和所述已知信号进行能量收集，对分出的另一部分所述下行信号和所述已知信号进行信息解码；S3、所述中继节点利用步骤S2收集的能量将所述下行信号中的信息转发至蜂窝用户，该转发过程使用的链路复用小区中其他D2D对的信道。

【技术特征摘要】
1.一种OFDM蜂窝网络中进行能量收集的D2D协作通信方法，其特征在
于，该方法包括如下步骤：
S1、在基站和与基站不能正常通信的蜂窝用户之间选择空闲D2D用户作
为所述基站和所述蜂窝用户之间通信的中继节点；
S2、所述基站将待发送给所述蜂窝用户的下行信号发送至所述中继节点，
所述蜂窝用户将已知信号发送至所述中继节点，两个发送过程使用的链路均
为基站原本欲分配给蜂窝用户的信道；
同时，所述中继节点采用功率分割的方式接收所述下行信号和所述已知
信号，分别对分出的一部分所述下行信号和所述已知信号进行能量收集，对
分出的另一部分所述下行信号和所述已知信号进行信息解码；
S3、所述中继节点利用步骤S2收集的能量将所述下行信号中的信息转发
至蜂窝用户，该转发过程使用的链路复用小区中其他D2D对的信道。
2.根据权利要求1所述的OFDM蜂窝网络中进行能量收集的D2D协作
通信方法，其特征在于，所述中继节点采用半双工模式通信，且采用译码转
发的协作方式。
3.根据权利要求2所述的OFDM蜂窝网络中进行能量收集的D2D协作
通信方法，其特征在于，步骤S2中所述对分出的一部分所述下行信号和所述
已知信号进行能量收集过程中继节点在单个传输周期T中所能收集的能量
EEH为：
EEH＝T1·η·ρ·(PBhBRdBR-α+PChCRdCR-α+I1)
公式中，T1为单个传输周期T中步骤S2所占的时间长度，η为中继节点
的能量收集电路转换效率，ρ为功率分割参数，PB、PC分别为基站、蜂窝用
户的发射功率，hBR、hCR分别为基站与中继节点之间、蜂窝用户与中继节点之
间链路的小尺度衰落，dBR、dCR分别为基站与中继节点之间、蜂窝用户与中继
节点之间的链路长度，α为路径损耗因子，dBR-α、dCR-α分别为相应链路上的路
径损耗，I1是单个传输周期T中步骤S2所占的时间长度中信号所经历的干扰，
I1＝IBR+ICR，IBR和ICR分别为其它小区使用同一信道发送信息的基站及使用同
一信道为中继节点发送已知信号序列的蜂窝用户对中继节点造成的干扰。
4.根据权利要求2所述的OFDM蜂窝网络中进行能量收集的D2D协作
通信方法，其特征在于，所述步骤S2中所述对分出的另一部分所述下行信号

\t和所述已知信号进行信息解码中对分出的另一部分所述下行信号进行信息解
码过程在单个传输周期T中的信号干扰比SIR1为：
SIR 1 = P B · h B R · d B R - α I B R + I C R ]]>公式中，PB为基站的发射功率，hBR为基站与中继节点之间链路的小尺度
衰落，dBR为基站与中继节点之间链路长度，α为路径损耗因子，dBR-α为基站
与中继节点之间链路上的路径损耗，IBR和ICR分别为其它小区使用同一信道
发送信息的基站及使用同一信道为中继节点发送已知信号序列的蜂窝用户对
中继节点造成的干扰。
5.根据权利要求3所述的OFDM蜂窝网络中进行能量收集的D2D协作
通信方法，其特征在于，所述步骤S3中所述中继节点利用步骤S2收集的能
量将信息转发至蜂窝用户过程中继节点在单个传输周期T中将信息转发至蜂
窝用户的转发功率PR，：
P R = E E H ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海波，徐晓慧，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11