[发明专利]多小区D2D频谱资源分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及D2D通信技术领域，特别涉及一种多小区D2D频谱资源分配方法。

背景技术

近年来，由于无线通信市场的不断发展，移动设备(Device)数量急剧上升，多媒体数据业务也急剧增长，加大了对带宽的要求，频谱资源利用问题日趋严峻，传统蜂窝通信模式对频谱资源的利用有待进一步提升。为解决该问题，D2D(Device to Device)通信技术被引入了蜂窝通信系统。D2D通信是距离相近的两个终端之间通过复用蜂窝用户的频谱资源直接进行通信的技术。该技术不仅可以减小传输时延，还可以提高频谱利用率。但另一方面，频谱资源的重复利用，导致D2D通信技术给蜂窝系统带来了频率干扰问题。

通过合理的资源分配算法，可减小蜂窝通信系统中因D2D引入带来的频谱间干扰，提升通信系统的整体性能。Kebriaei H等人在文献Bandwidth price optimization for D2D communication underlaying cellular networks.WCNCW,2014:248-253中提出了一种基于博弈机制的资源分配策略，该策略建立了一个多蜂窝用户的蜂窝网模型后，基于拍卖的方式向D2D用户出售频谱，在保证低干扰的情况下，蜂窝用户和部分D2D用户可以同时共享频谱资源。Chai Yingqi等人在文献Partial time-frequency resource allocation for device-to-device communications underlaying cellular networks.Communications(ICC),2013 IEEE International Conference on.IEEE,2013:6055-6059中提出了一种部分时频资源复用(partial time-frequency resource allocation，PTFRA)算法。在该算法中，一对D2D用户可复用多个蜂窝用户的部分频谱资源。这些算法在一定程度上提高了蜂窝系统的稳定性，提升了通信系统的整体性能。

包括以上文献的绝大部分现有研究都只考虑了单小区场景下的D2D通信。单小区中干扰相对简单，无需考虑相邻小区之间的干扰问题，但在多小区场景中，相邻小区的干扰问题是不可忽略的一部分，且多小区所涉及的干扰问题更为复杂。于是Chae H S在文献Radio resource allocation scheme for device-to-device communication in cellular networks using fractional frequency reuse.IEEE APCC,2011:58-62中分析了多小区D2D通信中基于部分频率复用(FFR,Fractional Frequency Reuse)的频谱复用方案。该方案将频谱资源分为4部分，为中心用户和边缘用户分配不同的频谱资源，且相邻小区的边缘用户分配不同的频谱资源，以减小相邻小区之间的同频干扰。但是该文献中也仅仅只考虑了中心区域和边缘区域，并未考虑跨小区区域的特殊情况。进一步地Melki L在文献Radio resource allocation scheme for intra-inter-cell D2D communications in LTE-A.PIMRC,2015:1515-1519中充分考虑D2D用户的位置信息，引入了跨小区D2D用户，并为跨小区用户分配相应的备选资源。上述两个基于FFR的多小区D2D资源分配的文献中，为D2D用户选择了较优的备选频谱资源，在该备选频谱资源中随机复用，在降低蜂窝用户和D2D用户之间的干扰还有进一步提高的空间。

综上，现有D2D通信资源分配算法存在以下问题：现有基于FFR的多小区D2D频谱资源分配算法没有最大程度降低蜂窝用户和D2D用户之间的干扰；现有PTFRA算法在选择合适的蜂窝用户进行资源复用时，仅考虑蜂窝用户与D2D用户之间的信道增益对通信性能的影响，而忽略了基站和蜂窝用户间信道增益对通信性能的影响。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出多小区D2D频谱资源分配方法，结合蜂窝通信系统的部分频率复用(FFR)算法，考虑D2D用户所属的不同区域，可复用不同的频谱资源，以减小蜂窝用户和D2D用户间的区内干扰，以及相邻小区间的区间干扰问题。