[发明专利]一种蜂窝移动通信D2D系统中自适应协作传输方法

摘要

本发明公开了一种蜂窝移动通信D2D系统中自适应协作传输方法，按如下步骤进行首先估算出小区内参与协作的用户的多普勒频偏，获得信道延时相关系数；然后根据调度算法，确定参与协作传输的小区用户和D2D用户，基站确定协作将采用的传输模式；接着用户估计各自的信道信息，并将这些信息反馈给基站；最后在选中模式的预编码方案下进行数据传输。本发明能够有效的应用于实际场景中，在核心网的控制下，蜂窝移动通信系统中小区用户的频率资源共享给小区边缘用户进行设备到设备间的数据传输，以少量降低蜂窝通信系统的小区传输容量的代价，大幅提高小区边缘用户的可达传输速率，使得小区内平均频谱利用率提高。

主权项

一种蜂窝移动通信D2D系统中自适应协作传输方法，其特征在于：该传输方法包括以下步骤：(1)估算用户平均多普勒频偏：基站调研小区内参与协作的用户终端的平均移动速率，计算小区用户0的多普勒频偏f0＝fcv0/c，然后计算出信道延时相关系数ρ0＝J0(2πf0Ts)，进而计算设备到设备链路接收端用户1的多普勒频偏f1＝fcv1/c，然后计算出信道延时相关系数ρ1＝J0(2πf1Ts)，其中，c表示光速，fc表示载波频率，v0表示小区用户0的平均移动速率，v1表示设备到设备链路接收端用户1的平均移动速率，π表示圆周率，Ts表示每个符号周期的长度，J0(.)表示第一类零阶贝塞尔函数；(2)被调度激活用户向基站反馈量化的信道信息：基站调度选取一个小区用户，将其频带资源共享给边缘用户进行设备到设备间通信，该用户首先进行信道估计以获得信道信息和路径损耗因子，再根据其与基站共知的码本对信道信息进行量化，并将量化信道信息和路径损耗因子反馈给基站；同时设备与设备通信用户首先进行信道估计以获得信道信息和路径损耗因子，再根据其与基站共知的码本对信道信息进行量化，并将量化信道信息和路径损耗因子反馈给基站；(3)基站确定近基站用户的协作传输模式：基站根据所述步骤(2)中获得的路径损耗因子，信道信息的量化比特数，以及步骤(1)中获得的信道延时相关系数，在反馈链路反馈实时信道状态信息之前，分别计算最大化速率预编码模式下系统可达传输速率的闭式解RMR和干扰消除预编码模式下系统可达传输速率的闭式解RIC，并基于这两个闭式解，对最大化速率预编码模式和干扰消除预编码模式这两种传输模式下获得的性能增益进行比较，选择性能增益高的一种传输模式作为近基站用户采用的传输模式；所述最大化速率预编码模式下系统可达传输速率的闭式解RMR按照以下流程计算：首先根据下式计算小区用户0在最大化速率预编码模式下的可达传输速率的闭式解R0MR=F1(Lb0Pbρ02(1-2-B0M-1),Lb0Pb(1-ρ02),Ls0Ps,M)]]>根据下式计算设备到设备链路接收端用户1在最大化速率预编码模式下的可达传输速率的闭式解R1MR=F1(Ls1Ps,0,Lb1Pb,1)]]>式中，下标b表示小区基站，下标0表示调度的小区用户，下标s表示D2D链路的发送端用户，下标1表示D2D链路的接收端用户，Lb0表示小区基站b到小区用户0的路径损耗因子，Lb1表示小区基站b到D2D链路接收端用户1的路径损耗因子，Ls0表示D2D链路发送端s到小区用户0的路径损耗因子，Ls1表示D2D链路发送端s到接收端用户1的路径损耗因子，Pb表示小区基站b的发射功率，Ps表示D2D链路发送端s的发射功率，ρ0表示小区用户0的信道延时相关系数，B0表示小区用户0反馈的信道状态信息比特数，M表示基站发射天线的数量，函数F1(c0,c1,c2,M)的定义为：F1(c0,c1,c2,M)=log2(e)(c1c1-c0)M(I01(c1,c2)-c0c1Σi=0M-1Σl=0iΣj=0i-l(c1-c0)ic0jc1ij!I(c0,c2,i-l,i-l-j+1))]]>其中，c0，c1，c2，M为函数的自变量，函数式中j！表示j的阶乘，log2(e)为以2为底的自然数e的对数，与2的自然对数互为倒数，即log2(e)＝1/ln2，当c1＝0时，函数F1(c0,c1,c2,M)简化为：F1(c0,0,c2,1)＝log2(e)I01(c0,c2)；函数I(a,b,m,n)的定义如下：I(a,b,m,n)=ab(ab-1)-n(e1aΓ(m+1)Γ(-m,1a)-Σs=0mΣk=1n(-1)sms(1b)s(1a)k-m-1(ab-1)k-1e1bΓ(m-s-k+1,1b))a≠bΣs=0m(-1)sms(1a)n+s-me1aΓ(m-s-n,1a)a=b]]>其中，a，b，m，n为函数的自变量，函数式中为从m个不同元素中取出s个元素的组合数，为不完全伽马函数，为伽马函数其中，u，x为伽马函数的自变量；I01(a,b)为函数I(a,b,m,n)在m＝0，n＝1时的特例：I01(a,b)=aa-b(e1aE1(1a)-e1bE1(1b))a≠b1ae1aΓ(-1,1a)a=b]]>式中是第一阶指数积分函数，其中k为函数的自变量；然后根据下式计算最大化速率预编码模式下，系统的可达传输速率的闭式解RMR：RMR=R0MR+R1MR;]]>所述干扰消除预编码模式下系统可达传输速率的闭式解RIC按照以下流程计算：首先根据下式计算小区用户0在干扰消除预编码模式下的可达传输速率的闭式解R0IC=F1(Lb0Pbρ02(1-2-B0M-1),0,Ls0Ps,M-1),]]>根据下式计算设备到设备链路接收端用户1在干扰消除预编码模式下的可达传输速率的闭式解R1IC=F2(Ls1Ps,Lb1Pbρ122-B1M-1,Lb1Pb(1-ρ12)),]]>式中，ρ1表示设备到设备链路接收端用户1的信道延时相关系数，B1表示设备到设备收端用户1向基站反馈的信道状态信息比特数；函数F2(c0,c1,c2)的定义为：其中c0，c1，c2为函数的自变量；然后根据下式计算干扰消除预编码模式下，系统的可达传输速率的闭式解RIC：RIC=R0IC+R1IC;]]>(4)实现数据传输：基站根据所述步骤(3)中选择的传输模式，利用步骤(2)中反馈的量化信道信息计算预编码向量，然后将发送到近基站用户的数据乘以预编码向量，进行数据传输，边缘用户利用同频资源进行数据传输。