一种混合双工中继辅助的D2D通信方法技术

本发明专利技术提供了本发明专利技术提供了一种混合双工中继辅助的D2D通信方法，该方法包括以下五个步骤：建立系统模型；对传输子帧进行切割。在时隙1内，D2D辅助中继接收来自基站发送的蜂窝用户信号，同时发送D2D用户信号到D2D接收用户，实现全双工通信模式传输；在时隙2内，D2D中继停止接收来自基站的信号，仅由发射天线解码转发在时隙1内接收的蜂窝用户信号，实现半双工通信模式传输；分别在时隙1和时隙2内，对基站和D2D中继进行功率控制，保证基站和D2D中继以最优的发射功率进行信号传输。本发明专利技术在移动蜂窝通信技术资源管理领域由广泛的应用价值。

A hybrid duplex relay assisted D2D communication method

【技术实现步骤摘要】
一种混合双工中继辅助的D2D通信方法
本专利技术涉及移动蜂窝通信技术资源管理领域，尤其是一种混合双工中继辅助的D2D通信模式及功率控制方法。
技术介绍
随着互联网业务的快速发展，移动数据量呈现爆炸性增长，为了满足未来10到15年人们对于移动通信系统更快的传输速率、更多吞吐量的需求，在传统移动蜂窝网络中引入D2D(device-to-device，数据直通)技术。D2D通信是一种在基站控制下，通过复用蜂窝用户的信道资源，实现距离较近的移动设备直接进行通信的技术。不同于传统的移动蜂窝通信，D2D用户的数据传输不再通过基站的转发。相比用户到基站的传输距离，D2D通信的传输相对较短，路径损耗较小，因此在蜂窝网络中引入D2D可以获得更高的信道增益和更快的传输速率。尤其当用户处于小区边缘或者用户到基站的链路处于深度衰落的状态时，D2D带来的信道增益更加明显。同时，D2D用户可以通过复用蜂窝用户的信道资源接入蜂窝网络中，通过合适的信道分配和功率控制来满足D2D用户和蜂窝用户的服务质量要求。因此D2D通信可以节省信道资源，提高系统频谱效率和吞吐量。当蜂窝用户处于小区边缘或者处于深度衰落的情况时，蜂窝用户自身的通信服务质量得不到保证，此时D2D用户不可以直接复用其信道资源。为了使得蜂窝用户的通信服务质量得到保证，同时在蜂窝系统中接入D2D用户，需要引入D2D中继辅助技术。通过将D2D的发射用户作为基站到蜂窝用户传输的中继，辅助蜂窝用户的传输，改善其数据传输质量。同时D2D用户通过复用被辅助蜂窝用户的信道资源，接入到蜂窝系统中。本专利技术主要涉及对移动蜂窝通信技术资源管理领域的研究，具体研究一种混合双工中继辅助的D2D通信模式及功率控制方法。目前国内外学者都对D2D中继辅助技术进行了一定研究。在期刊《IEEETransactionsonWirelessCommunications》第8卷第10期中，由A.Pandharipande撰写的“Cooperativedecode-and-forwardrelayingforsecondaryspectrumaccess”一文中，提出了一种基于半双工中继辅助的D2D通信模式，通过将一个子帧切割为两个正交的传输时隙，在第一个传输时隙内基站传输信号到D2D中继也即D2D发射端，在第二个传输时隙内，D2D中继产生一个由蜂窝用户信号和D2D用户信号的线性组合信号，分别传输给蜂窝用户和D2D接收端。线性组合信号的加权因子为D2D中继转发的蜂窝用户信号和D2D通信信号的发射功率。可以看出，蜂窝用户和D2D用户只能分别在一个时隙内传输，这使得半双工辅助模式的传输速率和频谱利用率相对较低。在期刊《IEEETransactionsonWirelessCommunications》第15卷第5期中，由Li.Q撰写的“PerformanceofVirtualFull-DuplexRelayingonCooperativeMulti-PathRelayChannels”一文中，针对半双工模式下D2D中继只能在不同时隙内分别收发，通过增加一个半双工中继节点，实现在两路半双工中继转发下同时收发的虚拟全双工传输。在期刊《IEEETransactionsonVehicularTechnology》第64卷第10期中，由G.Zhang撰写的“Powerallocationforfull-duplexrelaying-basedD2Dcommunicationunderlayingcellularnetworks”一文中，提出了一种全双工中继辅助的D2D通信模式，通过在D2D中继配备两路天线实现D2D中继的同时收发。但是这种模式将产生中继端从发射天线到接收天线的回路干扰。桂林电子科技大学的陈宏滨等人在公开号为CN106535202A的专利中，提出了一种中继辅助非授权用户的半双工/全双工混合传输方法。其系统模型中包括一对授权用户发射端和接收端、一对非授权用户发射端和接收端，以及若干作为潜在中继的非授权用户。当非授权用户对采用全双工模式引起的对授权用户的干扰小于阈值时，采用全双工传输。反之采用半双工传输。这种混合双工的传输模式需要若干非授权用户作为潜在的中继节点，并且半双工/全双工模式只能在不同传输子帧间切换，而不是在每个传输时隙内实现切换。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种混合双工中继辅助的D2D通信模式及功率控制方法。在蜂窝用户处于小区边缘或者处于深度衰落状态，其自身的服务质量得不到保证时，D2D用户作为辅助中继帮助基站到蜂窝用户链路的数据传输，并且作为辅助中继的D2D用户在不同传输时隙内采用全双工和半双工的混合模式。同时D2D用户通过复用蜂窝用户的信道资源接入蜂窝小区，实现D2D用户之间的数据传输。本专利技术能够在保证蜂窝用户服务质量的同时，最大化D2D用户的传输速率。本专利技术的技术方案是：一种混合双工中继辅助的D2D通信模式及功率控制方法，包括以下步骤：步骤一：系统模型的建立。识别处于小区边缘或者深度衰落状态的蜂窝用户和待接入蜂窝小区的D2D用户对。其中D2D用户对包括D2D发射用户和D2D接收用户。D2D发射用户同时作为辅助中继来帮助蜂窝用户进行信号传输，其配备有一根发射天线和一根接收天线，可以实现同时收发信号。步骤二：对传输子帧进行切割。将一个中继传输子帧切割成两个相等的传输时隙，分别记为时隙1和时隙2。步骤三：在时隙1内，进行D2D中继的全双工模式传输。在时隙1内，基站将蜂窝用户信号发送给D2D中继，由D2D中继接收天线接收，同时D2D中继作为D2D用户的发射端，发送D2D信号到D2D用户接收端。步骤四：在时隙2内，进行D2D中继的半双工模式传输。在时隙2内，D2D中继停止接收来自基站的信号，仅由发射天线解码转发在时隙1内接收的蜂窝用户信号。不同于以往的单一双工和混合双工模式，在时隙2内D2D中继仅仅转发蜂窝用户的信号，而不是转发蜂窝用户和D2D用户的混合信号，避免了两者互相干扰，提高了传输速率。步骤五：分别在时隙1和时隙2内，对基站和D2D中继进行功率控制。由于采用解码转发的方式，基站到蜂窝用户链路的最终传输速率取决于基站到D2D中继链路与D2D中继到蜂窝用户链路传输速率的较小值。最优传输速率在两条链路传输速率相等时取得，即传输速率匹配状态。本专利技术的核心
技术实现思路
在于在将每个传输子帧切割成相等的传输时隙，同时在不同时隙内，D2D辅助中继分别以全双工和半双工的混合模式进行传输，并且在不同模式下对D2D中继进行相应的发射功率控制。在保证了蜂窝用户服务质量要求的同时，最大化D2D用户的传输速率，提高系统的总吞吐量。下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细地说明。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。图2为混合双工中继辅助的D2D通信系统示意图。图3为本专利技术实例中利用matlab仿真得到的在基站到D2D中继链路不同信道增益下系统吞吐量比较曲线。图4为本专利技术实例中利用matlab仿真得到的在基站到D2D中继链路不同信道增益下D2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合双工中继辅助的D2D通信方法，其特征在于：包括以下具体步骤：/n步骤A：系统模型的建立；/n步骤B：对传输子帧进行切割；将一个中继传输子帧切割成两个相等的传输时隙，分别记为时隙1和时隙2；/n步骤C：在时隙1内，进行D2D中继的全双工模式传输；在时隙1内，基站将蜂窝用户信号发送给D2D中继，由D2D中继接收天线接收，同时D2D中继作为D2D用户的发射端，发送D2D信号到D2D用户接收端；/n步骤D：在时隙2内，进行D2D中继的半双工模式传输；在时隙2内，D2D中继停止接收来自基站的信号，仅由发射天线解码转发在时隙1内接收的蜂窝用户信号；/n步骤E：分别在时隙1和时隙2内，对基站和D2D中继进行功率控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种混合双工中继辅助的D2D通信方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
步骤A：系统模型的建立；
步骤B：对传输子帧进行切割；将一个中继传输子帧切割成两个相等的传输时隙，分别记为时隙1和时隙2；
步骤C：在时隙1内，进行D2D中继的全双工模式传输；在时隙1内，基站将蜂窝用户信号发送给D2D中继，由D2D中继接收天线接收，同时D2D中继作为D2D用户的发射端，发送D2D信号到D2D用户接收端；
步骤D：在时隙2内，进行D2D中继的半双工模式传输；在时隙2内，D2D中继停止接收来自基站的信号，仅由发射天线解码转发在时隙1内接收的蜂窝用户信号；
步骤E：分别在时隙1和时隙2内，对基站和D2D中继进行功率控制。


2.根据权利要求1所述的混合双工中继辅助的D2D通信方法，其特征在于：系统模型中：识别处于小区边缘或者深度衰落状态的蜂窝用户和待接入蜂窝小区的D2D用户对；其中，D2D用户对包括D2D发射用户和D2D接收用户；D2D发射用户同时作为辅助中继来帮助蜂窝用户进行信号传输，其配备有一根发射天线和一根接收天线，可以实现同时收发信号。


3.根据权利要求1所述的混合双工中继辅助的D2D通信方法，其特征在于：采用解码转发的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶方，顿辉，田园，焦淑红，苏春霞，从善亚，白萍，李一兵，
申请(专利权)人：深圳市白麓嵩天科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44