[发明专利]一种D2D-U通信的混合接入方法

说明书

一种D2D‑U通信的混合接入方法，属于D2D‑U通信领域。本发明包括以下步骤：S1:建立需要优化的目标函数；S2:对DUTY‑ON的D2D‑U用户进行最优功率分配；S3:对D2D‑U用户的吞吐量进行排序，获得待接入到DUTY‑OFF的D2D‑U用户集合，以及可行解；S4:计算最优的接入到DUTY‑OFF的D2D‑U用户数量；S5:对DUTY‑ON的用户进行功率再分配，根据设计的奖励函数公式计算占空比和吞吐量。本发明首先对DUTY‑ON的D2D‑U用户进行最优的功率分配，找到低于DUTY‑OFF的用户吞吐量的D2D‑U用户集合，将部分D2D‑U用户接入到DUTY‑OFF，为了实现吞吐量和公平性最大化，构造了一个奖励函数，找到最大化奖励函数的接入数量以及占空比，实现更好的吞吐量同时更大化吞吐量。

技术领域

本发明属于D2D通信领域，涉及一种D2D-U通信的混合接入方法。

背景技术

随着智能终端的快速普及，预计到今年连接设备包括智能手机、平板、车联网设备、物联网设备等数量将达到500亿，数据流量会增加1000倍，这使得无线通信技术演进的需求更加迫切。为了缓解日益增加的数据流量问题以及提高频谱利用率，3GPP(3rdGeneration Partnership Project)组织提出了设备到设备(Device to Device,D2D)通信。D2D可以实现两个邻近终端设备的直接通信，其中数据传输无需基站的参与。D2D可以复用蜂窝用户的频谱，具有复用效益，从而提升系统容量；其次，D2D是邻近通信，通信距离短，能够有效地提高用户的通信质量。再者，相比于传统蜂窝网络的上下行传输，D2D通信从发射端传输到接收端，仅仅需要一次传输，不需要经过基站进行中转，传输时延低。

在蜂窝网络中引入D2D通信能够带来诸多好处，但同时带来的严重干扰问题也需要考虑。在蜂窝系统中，为了降低同小区内干扰，可以给D2D用户分配正交的信道资源。但是当D2D用户跟蜂窝用户在同一信道传输时，D2D用户会给蜂窝系统带来干扰。D2D通信不仅会带来小区内干扰，还有可能引起小区间干扰。当D2D用户位于小区边缘时，会干扰相邻小区的蜂窝用户，从而引起小区间干扰。因此对蜂窝网络中的D2D用户进行合适的资源分配和干扰管理，有助于解决D2D通信所带来的干扰问题。随着授权频段资源逐渐匮乏，各大运营商开始考虑将D2D部署在免授权频段(D2D in the unlicensed band,D2D-U)。免授权频段包括2.4GHz ISM(Industrial,Scientific and Medical)频段，5Hz U-NII(UnlicensedNational Information Infrastructure)频段以及60GHz的毫米波频段等。2.4GHz主要被WiFi、蓝牙和Zigbee等无线设备占据，因此十分拥挤。而在60GHz的毫米波频段，由于频率相对较高，导致的自由空间的路径损耗大。因此主要考虑将D2D通信部署在5GHz频段。D2D通信作为一种短距离通信，发射功率较小，因此非常适合部署在5GHz免授权频段。5GHz频段主要部署了WiFi系统，在该频段引入其他技术需要考虑与WiFi系统共存的问题。例如，3GPP标准化组织在LTE Release 13中提出将LTE部署在免授权频段(LTE in the unlicensed band,LTE-U)，辅助授权频段传输。由于蜂窝系统是基于调度的物理层信道接入方式，而WiFi系统是基于竞争的信道接入方式。因此将蜂窝系统部署在免授权频段，需要考虑其接入方式。目前D2D-U部署在免授权频段主要采用固定占空比(Duty-Cycle，DC)的方式与WiFi系统共存，造成免授权频段上D2D-U系统与WiFi系统之间的公平性很差。因此需要一种资源分配算法，动态分配通信资源以实现D2D-U系统和WiFi系统的公平共存。当D2D-U用户密集的部署在DUTY-ON，会严重干扰LTE-U用户，因此需要一种功率分配算法，保证LTE-U用户的通信质量。同时考虑将系统中吞吐量较小的D2D-U用户选择让其接入到DUTY-OFF，降低DUTY-ON阶段用户的干扰，以实现更好的系统吞吐量的同时保证更好的公平性。因此设计一种D2D-U通信的混合接入方法，具有现实意义。

发明内容