网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法技术

本发明专利技术涉及通信技术领域，具体的说是一种网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法，其特征在于首先需要中继辅助通信的用户向基站反馈当前的环境质量信息，如果信道质量良好则通过距离范围进行中继集合初步确定，如果通信环境较差则再对信噪比进一步选择，确定可以完成通信的用户保留在集合中；对步骤1确定的中继集合每一个用户是否对传输的信息有需求或者感兴趣进行检测，保留对通信内容感兴趣的用户，若所有用户都对传输的内容不感兴趣则集合内的用户保持不变；计算集合中每个维持通信的时间，选择至少可以完成全部通信内容的中继；然后对确定的集合里的用户进行排序，然后依次计算可以实现的信道容量，选择出可以实现的中继辅助通信。

Network Coding Assisted Multi-Pair D2D Communication Relay Selection Method

【技术实现步骤摘要】
网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法
：本专利技术涉及通信
，具体的说是一种联合考虑中继位置、通信内容、剩余能量和系统容量、不仅具有较低的复杂度便于实现，并且很大程度的提高了可实现的系统容量的网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法。
技术介绍
：随着对移动互联网接入需求的急剧增长，造成了流量需求的爆炸式增长，而增加基站会提高建设成本，为了应对资源匮乏和减轻基站负担在5G中采用了D2D通信技术，近距离慢速的用户设备之间可以直接建立通信，复用蜂窝用户的资源，数据不需要通过基站，这样不仅降低了基站的负载压力还降低了通信用户的功耗和传输延时。为了扩大D2D通信的覆盖范围很多研究采用了中继辅助D2D通信，这样可以增加建立通信链路两用户之间的距离，并通过相应的中继选择方案降低系统通信中继的概率。但是在以往的研究中都是每对D2D用户匹配一个中继用户，这在空闲用户充足的情况下可以很好的实现，但是实际通信场景中大多情况空闲且可成为中继的用户是有限的。此外如果空闲用户对传输内容并不感兴趣就会造成用户资源的浪费。在中继辅助通信中中继选择是关键问题，所以在以往的研究中提出了很多中继选择方案，针对不同的应用场景侧重点也不同，但是很多方案过于复杂，可实施性不高。
技术实现思路
：本专利技术针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种联合考虑中继位置、通信内容、剩余能量和系统容量、不仅具有较低的复杂度便于实现，并且很大程度的提高了可实现的系统容量的网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法。本专利技术通过以下措施达到：一种网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：需要中继辅助通信的用户向基站反馈当前的环境质量信息，如果信道质量良好则通过距离范围进行中继集合初步确定，如果通信环境较差则再对信噪比进一步选择，确定可以完成通信的用户保留在集合中；步骤2：对步骤1确定的中继集合每一个用户是否对传输的信息有需求或者感兴趣进行检测，优先保留对通信内容感兴趣的用户，若所有用户都对传输的内容不感兴趣则集合内的用户保持不变；步骤3：计算集合中每个维持通信的时间，选择至少可以完成全部通信内容的中继；步骤4：对步骤3中确定的集合里的用户进行排序，然后依次计算可以实现的信道容量，选择出可以实现最大容量的用户为最终有效中继辅助通信。本专利技术在中继选择过程中，每一步结束时如果集合中只有一个中继则选择过程结束，如果集合为空则没有能够辅助通信的中继用户，转换为蜂窝模式。本专利技术步骤1中如果两对D2D用户的位置用坐标表示为(xS1,yS1)，(xD1,yD1),(xS2,yS2),(xD2,yD2)，则可以分别计算出两对用户中心位置和之间的距离，以中心为圆心，发送用户和目的用户距离的一半为半径分别进行画圆，取两圆交集部分为中继选择位置范围，即本专利技术步骤2中根据通信内容，根据通信内容，在一个热点区域例如会议、演唱会现场等，很多用户会请求相同的信息，因此如果所采用的中继用户与D2D用户通信的内容相同，可以提高信道的利用率，定义信道的利用率为η，令每条链路的带宽是W，传输的有效信息量为Ψ，如果中继r1对传输的内容感兴趣，则有效信息量实际为2Ψ，信道的利用率为如果中继r2对传输的内容不感兴趣没有需求，则有效的信息量为Ψ，信道的利用率为由此可见采用r2作为中继信道的利用率只是采用r1的二分之一，因此通过对候选中继用户是否对通信内容感兴趣的检测可以提高信道的利用率，进一步节约了资源。本专利技术步骤3是对候选中继的剩余能量进行判断，剩余能量的多少将决定能够维持通信的时间，尤其是针对辅助多对D2D用户通信，能量的消耗相对较大，因此对于中继的剩余能量要求会更高，假设每一个中继用户的剩余能量为E1,E2,…Ej,…,EJ，中继Rj的传输功率为传输时的能量消耗系数为η，那么计算出功率损耗为如果每一个用户的放电电压为V，那么就可以计算出通信时的瞬时放电电流为：根据Peukert法则计算出每一个中继的存活时间为最后将每一个中继的存活时间与完成通信所需的最小时间进行比较选择出满足下式的用户保留在集合中，tj≥Mj/rj，其中Mj是中继Rj需要传输的总的数据量，rj是传输速率；最后是对候选中继能够实现的系统容量进行分析，以最大化系统容量为目标确定最终的有效中继用户，网络编码辅助通信能够实现的系统容量为CRA，构建中继选择的数学模型为其中约束条件的含义是每个D22用户只能由一个中继辅助通信，而每个中继只工作在辅助两对D2D用户通信模式，否则就处于空闲状态。本专利技术中所构建的网络编码辅助多对D2D用户通信的系统为在一个小区中包括了蜂窝用户，空闲用户，直接通信D2D用户和需要通过中继进行通信的D2D用户的系统，其中包括了多对D2D用户，其中S1-D1和S2-D2是两对需要通过中继进行通信的用户，小区中存在多个空闲用户作为候选中继，最终通过选择后确定一个用户作为两对D2D用户的中继辅助通信，此外小区中还包括了直接进行D2D通信的用户S3-D3和S4-D4，这两对用户满足可以直接建立链路的条件，所以不需要通过中继进行通信，在小区中还分布这大量的其他蜂窝用户，这些用户是为D2D用户提供复用资源的潜在用户；如果采用两个时隙通信，则在第一个时隙S1像中继R和D2广播数据，S2向中继R和D1广播数据，中继对接收到数据进行网络编码，然后在第二个时隙广播给D1和D2，该方式需要时隙数少但是对同步要求高，如果采用三时隙通信则S1和S2分别在两个时隙进行数据广播，然后中继在第三个时隙发送编码后的数据；通信系统中采用瑞利衰落信道模型，在链路S-D中接收端D的接收功率为：其中，ps是源端S的发射功率，是路径损耗，ρs,d是两用户的距离，α是路径损耗指数，|h0|2是高斯信道系数，因此可以计算出链路的信干燥比(SINR)为针对上述通信系统，整个通信会话过程建立包括以下内容：步骤一：基站接收每个用户的通信请求，然后进行判断每个用户符合直接D2D通信、中继辅助通信和蜂窝通信中的哪种模式；步骤二：对可以进行直接通信的用户分配资源，建立直接D2D通信链路，对于不能直接通信的其他多个用户，建立中继辅助通信；步骤三：基站向空闲的用户广播中继请求，根据中继选择方案确定满足条件的中继，每个一个空闲用户至少辅助两对D2D用户进行通信；步骤四：基站向D2D用户和中继分配资源，建立链路完成通信，如果在步骤四中的空闲用户中没有符合条件的中继，则将需要通信的用户转换为蜂窝模式进行通信，在通信中基站会对每一个用户是否存在潜在的通信链路进行检测，对于中继辅助的D2D对，在完成了最优中继选择之后便结合网络编码对数据进行处理传输，网络编码辅助多对D2D用户通信的具体过程两个D2D用户通过一个中继在两个时隙内进行通信，主要包括多址接入和广播两个阶段，在第一个时隙S1广播数据包到中继R和D2，S2广播数据包到中继R和D1，中继R接收到的数据为两个目的用户D2和D1接收的数据为其中和分别是S1和S2的发送功率，和是每条链路间的信道增益，n是服从正太分布的加性高斯白噪声，中继R对收到的数据包通过最大似然检测恢复出发送用户传输的信息和然后进行网络编码(异或)得到在第二时隙中继广播编码后的数据包到D1和D2，接收到的数据为目的用户通过最大似然检测恢复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：需要中继辅助通信的用户向基站反馈当前的环境质量信息，如果信道质量良好则通过距离范围进行中继集合初步确定，如果通信环境较差则再对信噪比进一步选择，确定可以完成通信的用户保留在集合中；步骤2：对步骤1确定的中继集合每一个用户是否对传输的信息有需求或者感兴趣进行检测，优先保留对通信内容感兴趣的用户，若所有用户都对传输的内容不感兴趣则集合内的用户保持不变；步骤3：计算集合中每个维持通信的时间，选择至少可以完成全部通信内容的中继；步骤4：对步骤3中确定的集合里的用户进行排序，然后依次计算可以实现的信道容量，选择出可以实现最大容量的用户为最终有效中继辅助通信；在中继选择过程中，每一步结束时如果集合中只有一个中继则选择过程结束，如果集合为空则没有能够辅助通信的中继用户，转换为蜂窝模式。

【技术特征摘要】
2019.05.12 CN 20191039132981.一种网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：需要中继辅助通信的用户向基站反馈当前的环境质量信息，如果信道质量良好则通过距离范围进行中继集合初步确定，如果通信环境较差则再对信噪比进一步选择，确定可以完成通信的用户保留在集合中；步骤2：对步骤1确定的中继集合每一个用户是否对传输的信息有需求或者感兴趣进行检测，优先保留对通信内容感兴趣的用户，若所有用户都对传输的内容不感兴趣则集合内的用户保持不变；步骤3：计算集合中每个维持通信的时间，选择至少可以完成全部通信内容的中继；步骤4：对步骤3中确定的集合里的用户进行排序，然后依次计算可以实现的信道容量，选择出可以实现最大容量的用户为最终有效中继辅助通信；在中继选择过程中，每一步结束时如果集合中只有一个中继则选择过程结束，如果集合为空则没有能够辅助通信的中继用户，转换为蜂窝模式。2.根据权利要求1所述的一种网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法，其特征在于步骤1中如果两对D2D用户的位置用坐标表示为(xS1,yS1)，(xD1,yD1),(xS2,yS2),(xD2,yD2)，则可以分别计算出两对用户中心位置和之间的距离，以中心为圆心，发送用户和目的用户距离的一半为半径分别进行画圆，取两圆交集部分为中继选择位置范围，即3.根据权利要求1所述的一种网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法，其特征在于步骤2中根据通信内容，根据通信内容，在一个热点区域很多用户会请求相同的信息，因此如果所采用的中继用户与D2D用户通信的内容相同，可以提高信道的利用率，定义信道的利用率为η，令每条链路的带宽是W，传输的有效信息量为Ψ，如果中继r1对传输的内容感兴趣，则有效信息量实际为2Ψ，信道的利用率为如果中继r2对传输的内容不感兴趣没有需求，则有效的信息量为Ψ，信道的利用率为由此可见采用r2作为中继信道的利用率只是采用r1的二分之一，因此通过对候选中继用户是否对通信内容感兴趣的检测可以提高信道的利用率。4.根据权利要求1所述的一种网络编码辅助多对D2D通信中继选择方法，其特征在于步骤3是对候选中继的剩余能量进行判断，剩余能量的多少将决定能够维持通信的时间，尤其是针对辅助多对D2D用户通信，能量的消耗相对较大，因此对于中继的剩余能量要求会更高，假设每一个中继用户的剩余能量为E1,E2,…Ej,…,EJ，中继Rj的传输功率为传输时的能量消耗系数为η，那么计算出功率损耗为如果每一个用户的放电电压为V，那么就可以计算出通信时的瞬时放电电流为：根据Peukert法则计算出每一个中继的存活时间为最后将每一个中继的存活时间与完成通信所需的最小时间进行比较选择出满足下式的用户保留在集合中，tj≥Mj/rj其中Mj是中继Rj需要传输的总的数据量，rj是传输速率；最后是对候选中继能够实现的系统容量进行分析，以最大化系统容量为目标确定最终的有效中继用户，网络编码辅助通信能够实现的系统容量为CRA，构建中继选择的数学模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博，赵秋明，马若飞，杨洪娟，刘功亮，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37