[发明专利]中继增强D2D通信的联合无线信道分配和功率控制方法

说明书

本发明公开一种中继增强D2D通信的联合无线信道分配和功率控制方法，针对现有技术对实际通信场景中对蜂窝用户和D2D用户的QoS都有要求，且需要对蜂窝用户、D2D用户和中继节点的功率进行控制不能兼顾的问题；本发明基于高可靠度的网络场景，将D2D用户和蜂窝用户的QoS纳入决策相关因素，综合考虑D2D用户、蜂窝用户和中继节点的功率限制，确定待求解目标函数，并提出基于GP的求解方法，得系统内所有用户总功率消耗；可以有效满足上行D2D通信网络中的高速率、低功率的可靠传输。

技术领域

本发明属于无线通讯技术领域，特别涉及一种联合信道分配及功率控制技术技术。

背景技术

随着移动通信技术的发展，无线通信用户数量呈爆炸式增长，用户对数据传输速率的要求日益增大，频谱资源紧缺的问题也日益严重。D2D(Device-to-Device)通信是一种在基站控制下，允许邻近的终端使用蜂窝资源直接进行通信的新型技术。不同于传统的通信方式，D2D用户通过D2D链路直接进行通信，其数据传输不再经过基站的中继。D2D通信技术能有效提升蜂窝小区的频谱利用率，增加系统的总吞吐量。

D2D通信技术虽然有很多的优点，但也存在一定的缺点。传统D2D通信对用户之间的距离要求很高，只有当两个用户之间的距离较小时才可以，当不满足要求时，用户只能舍弃该通信方式，重新通过基站进行通信，基站在收到用户的接入请求后，重新分配频谱资源，这会增大基站的负载压力，导致通信质量的降低，影响用户体验。如何能够确保D2D通信技术在频谱利用率和系统吞吐量方面优势的同时，保证距离较远的用户之间也可以采用D2D通信模式进行通信是研究的重点。

针对这一问题，一些研究考虑了在传统D2D通信场景中引入中继通信，中继通信有很多优点，一方面能够保证信道质量不理想的用户仍然可以通过D2D通信模式进行数据传输；另一方面还能降低通信延迟，减轻用户之间的同频干扰。但中继节点的引入会使得小区内的干扰变得更加复杂，不仅需要考虑D2D用户和蜂窝用户这两类用户之间的干扰，还需要考虑中继节点对D2D链路和蜂窝用户造成的干扰。如何协调蜂窝用户，D2D链路以及中继节点之间的干扰，是研究中继增强D2D通信无线信道分配问题的关键。

目前关于中继增强D2D通信技术的研究范围十分广泛，包括D2D通信的相关技术、应用场景、实际应用可能存在的问题(如模式选择、资源管理、功率控制)等。文献(参见文献：Ozgiir Oyman.Opportunistic Scheduling and Spectrum Reuse in Relay-BasedCellular Networks[J],IEEE Transactions.on Wireless Communications,2010,9(3):1074-1085.)中，研究了基于瞬时信噪比最大-最小准则的中继选择算法；文献(参见文献：L.You,M.Song,and J.Song.Cross-Layer Optimization for Fairness in OFDMACellular Networks with Fixed Relays[C].IEEE Global TelecommunicationsConference,New Orleans.2008,5238–5243)中，研究了在合作中继机制下的信道分配问题，提出了网络跨层优化算法，最大限度地提高网络中所有用户的吞吐量，充分发挥了协同中继的优势，满足了所有用户之间的公平性。

以上研究表明，在D2D通信场景中引入中继通信技术能够提高系统的频谱利用率、减轻基站的负担，合理的信道分配、有效的干扰抑制等技术可以一定程度上解决中继增强D2D通信面临的一些实际问题；但是实际通信场景中对蜂窝用户和D2D用户的QoS(Qualityof Service,服务质量)都有要求，且需要对蜂窝用户、D2D用户和中继节点的功率进行控制；上述现有技术均未能很好地兼顾。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种中继增强D2D通信的联合无线信道分配方法，在保证蜂窝用户和D2D用户的QoS约束以及功率约束的情况下，实现系统总功率消耗的最小化。