CN102843162A - 一种蜂窝网络中采用d2d技术的扩频通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蜂窝网络中采用D2D技术的扩频通信方法,包括如下步骤:在蜂窝***场景下存在D2D用户需求,判断是否能够建立D2D链路,再将D2D用户之间需要传输的符号扩频到整个频带的多段载波上,D2D用户发送信号通过扩频码进行频域扩展后再传输。该方法可以显著的提升***的容量,对蜂窝用户的干扰小,信令简单,具有很强的实际操作可能性。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域,涉及一种蜂窝***中D2D之间的链路传输方法。
背景技术
未来无线蜂窝通信网络的必然趋势是高速率、大容量以及更高的QoS,如何有效地使用有限的带宽资源实现无线宽带化显得尤为重要。而当前移动互联网中迅猛发展的本地业务,例如视频/音乐分享,也迫切需要在现有蜂窝网中引入新的技术来支持。传统的蜂窝移动通信网络都是集中式控制的,即使两个终端设备相邻很近,终端设备之间的通信须通过基站和核心网进行。集中式控制***便于资源管理以及干扰控制,但有个缺点日渐显著,即在一定场景下其资源使用效率不是很高。比如,即使两个UE(终端设备)相距很近,也要使用双倍的资源来进行通信,包括空口资源和基站回传资源。其中第二个问题,已经被业界认识到,并在3GPPR10中对相应解决方案进行标准化。
为了提高空口频谱使用效率,降低传统蜂窝网的沉重负载,获得更高的***吞吐量,蜂窝网络下的终端直通(Device-to-Device communication,D2D)研究日益受到重视。D2D的终端可以直接、或在基站控制下,在继续保持通过基站进行的通信同时,与另一个终端直接进行数据通信,从而降低空口资源的占用,提高***吞吐率,同时还可以减少通信延时、降低干扰水平、节省终端能量。
终端直通技术的应用场景多为本地服务的类型,比如数据多播业务和本地文件共享业务。在多播数据业务中,服务的提供者,如音乐会或者其他大型活动的组织者,需要向集会的参与者发送内容相同的数据,组织者可以利用D2D通信技术,即时可靠地完成服务。若用户的本地数据(如文件、照片、视频等)需要在相邻的终端间进行共享时,也可通过D2D建立终端集群,完成数据共享。此外,D2D可提供的业务还包括移动状态中的多人协作游戏、移动广告业务、交友业务、车辆间通信、移动中继等。
与可以支持相似业务、使用未授权频段的WLAN、蓝牙相比,蜂窝通信***中的终端直通在基站的控制下,使用基站分配的授权频带资源,可以控制***干扰水平以获得高数据率的终端直接通讯,同时还能享受蜂窝通信***带来的移动性优势。加之D2D通信对终端用户的透明性,其无需在WLAN及蓝牙中那样进行繁琐的手动配对以及接入点设置,从而提高用户的感受,便于业务的推广。
目前D2D传输的研究还不多,大多数涉及D2D的研究更加侧重于资源的分配以及干扰的控制。D2D用户复用蜂窝用户的资源时,***为了避免干扰影响蜂窝用户的正常通信,资源调度的算法很复杂,造成很大的***开销。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蜂窝网络中采用D2D技术的扩频通信方法。
为达到上述目的,本发明采用了以下技术方案。
假设***中存在W个蜂窝用户,U对D2D用户,该通信方法的具体步骤为:
1)各对D2D用户通过公共信道向基站发送D2D链路建立请求信息;
2)基站收到D2D链路建立请求信息后,由基站为每对D2D用户分配子载波,然后基站通过公共信道将子载波分配信息和正交扩频码传送给每对D2D用户;
3)经过步骤2)后,由基站判断每对D2D用户是否具备D2D链路建立的条件;
4)对于具备链路建立条件的每对D2D用户,使用基于物理层的频域扩频方法得到频域扩频后的时域信号。
所述D2D链路建立的条件为D2D用户对蜂窝用户的干扰功率,或其他控制D2D用户对蜂窝用户干扰的途径,所述途径包括距离或者用户相对于基站的角度。
所述步骤3)的具体方法为:
D2D发送用户通过分配的子载波向D2D接收用户发送信号,由基站判断D2D用户对每个蜂窝用户的干扰功率是否满足公式(1),若干扰功率满足公式(1)则进入步骤4),
,公式(1)中,R为蜂窝用户需要的信息速率,B为每个蜂窝用户所占带宽,P为接收功率,当复用上行频率资源时,P为基站端接收功率,当复用下行频率资源时,P为用户端的接收功率,PI为D2D用户对每个蜂窝用户的干扰功率,N0为高斯白噪声功率谱密度。
若D2D用户对蜂窝用户的干扰功率不满足公式(1),则该基站让D2D用户使用更低的发射功率降低D2D用户对每个蜂窝用户的干扰功率或者使用更长的正交扩频码,直至D2D用户具备D2D链路建立的条件。
所述步骤4)的具体方法为:
D2D发送用户根据正交扩频码选择长度为M的扩频序列Ck,Ck=[ck(0),ck(1),...,ck(M-1)],然后D2D发送用户根据子载波分配信息将D2D的发送信息符号经过扩频序列扩频后映射到相应的子载波上,得到符号时域采样值,如公式(2)所示,符号时域采样值通过子载波传递至D2D接收用户,
,公式(2)中s(m)为D2D用户发送的符号时域采样值,a为发送信息符号,j表示复数,
所述扩频序列为自相关程度大、互相关程度小的序列,如Walsh-Hadamard(沃尔什-哈达玛)序列、M序列或Golden(戈登)序列。
所述步骤4)中,各对D2D用户分配的子载波相互正交、部分重叠或完全重叠,当子载波分配重叠时各对D2D用户通过正交扩频码区分相互之间的信号。根据公共信道发送的信息,第一对D2D用户使用***第K1到第K1+N1-1,共N1个子载波,第二对D2D用户使用***第K2到第K2+N2-1,共N2个子载波,以此类推,第U对D2D用户使用***第KU到第KU+NU-1,共NU个子载波,由于各对D2D用户分配的子载波资源相互正交、部分重叠或完全重叠,一个子载波会被多个D2D用户占用,因此从Ck中选择序列时必须保证被多个D2D用户占用的子载波的扩频序列之间正交,保证当子载波分配重叠时各对D2D用户通过各自的正交扩频码可以区分相互之间的信号。
本发明的有益效果是:
本发明针对蜂窝网络中存在一对或多对D2D用户直接通信,提出一种简单的D2D用户复用频率资源的方法,使它们通过共享蜂窝网络中的资源来完成通信。本发明方法的核心是用多个子载波传送一个符号的信息,且这多个子载波传送的是这个符号对应的扩频后的符号,D2D用户可以复用多个蜂窝网的资源进行通信,这种方法可以提升***容量却不需要复杂的算法和很大的信令开销。
本发明方法是一种针对蜂窝***下的D2D传输技术,在OFDM,或SC-FDMA的基础上对信号在频域进行扩频,这样,就将D2D用户对蜂窝用户的干扰白化,使得D2D用户对每个蜂窝用户的干扰都较小,尽管此时D2D链路的信干噪比降低,但是带宽的增加以及扩频带来的误码率增益,都会使得D2D链路能够获得较大的吞吐量。除此以外,当D2D用户对增加的时,蜂窝用户收到的干扰增加不显著,但是整个***的容量却有较大的提升。
附图说明
图1是含有一对D2D链路、十个蜂窝用户的LTE***场景图;
图2表示蜂窝用户和扩频后D2D用户占用频带示意图;
图3(a)是城市宏小区场景下各种资源分配方式的***总容量对比;
图3(b)是郊区宏小区场景下各种资源分配方式的***总容量对比;
图3(c)是城市微小区场景下各种资源分配方式的***总容量对比;
模式说明:
模式一,不含D2D用户的***容量;
模式二,一对D2D用户复用一个蜂窝用户连续1M频带资源的***容量;
模式三,一对D2D用户复用整段资源的***容量。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参见图1,为了便于理解,本发明以一个LTE-A***下的D2D通信网络为例,来说明D2D技术应用于蜂窝网络,并复用多段频率资源块的方法。假设***有10MHz带宽,有十个蜂窝用户,有一对D2D用户。这里的蜂窝用户和D2D用户数都可以是不同的。本发明对所有具有这种网络结构模型的场景都普遍适用的,这些D2D用户在基站的协调之下进行通信,并且D2D用户共享蜂窝用户的网络资源。含有D2D的LTE网络相比于传统LTE***实现更好的频谱利用率和更大的***容量,并且可以有效的提升小区边缘用户的频谱效率。但是由于新的链路引入,窝蜂用户对D2D用户、以及D2D用户对窝蜂用户都会存在干扰。本发明针对LTE***中加入D2D链路后所带来的干扰,提出了一种干扰平均的方法,能够有效的提升***的容量。下面结合仿真和附图对本发明做详细描述。具体包括以下步骤:
1)根据3GPP TR36.814对于三种典型的中继***无线场景模型的定义,即Case1(城市宏小区Urban macro)、Case2(郊区宏小区Suburban macro)和Case3(城市微小区Urban micro),选择仿真场景,进行基站的放置和用户的随机撒播,并生成仿真***中直连链路、D2D链路的大尺度参数;
2)在LTE无线场景中放置的用户是蜂窝用户和D2D用户,并且蜂窝用户数为10,占用完整带宽10M,每个蜂窝用户占用1M连续带宽。基站根据D2D用户对蜂窝用户的干扰功率判断是否满足链路建立的条件:蜂窝用户的信息速率小于信道的容量。即
R为蜂窝用户所需信息速率,B为蜂窝用户带宽1MHz,P为接收功率(当复用上行频率资源时,P为基站端接收功率,当复用下行时,P为用户端的接收功率),PI为D2D用户对蜂窝用户的干扰功率,N0为高斯白噪声功率谱密度。
3)对于具备D2D链路建立条件的每对D2D用户,D2D发送用户根据正交扩频码信息选择长度为M的扩频序列Ck,Ck=[ck(0),ck(1),...,ck(M-1)],并且,当k≠l时
,T表示矩阵转置。
4)然后D2D发送用户根据子载波分配信息将D2D的发送信息符号经过扩频序列扩频后映射到相应的子载波上,得到符号时域采样值,如下式所示
,公式中s(m)为D2D用户发送的符号时域采样值,a为发送信息符号,j表示复数。
5)将D2D需要发送的每个信息符号均按步骤4)的方法进行扩频后发送,扩频前符号的映射为0≤n≤N-1,di为D2D发送信息符号,N为子载波数目,扩频后的符号映射为0≤n≤N-1,Di为扩频后D2D发送的符号,L为扩频后的子载波的个数。
从图3可以看出,本发明所述传输方法对整个***的容量有较大的提升,图3c是由于此时小区半径小,D2D用户与蜂窝用户之间的干扰大,影响了整个***的容量。
Claims (7)
1.一种蜂窝网络中采用D2D技术的扩频通信方法,其特征在于,该通信方法的具体步骤为:
1)各对D2D用户通过公共信道向基站发送D2D链路建立请求信息;
2)基站收到D2D链路建立请求信息后,由基站为每对D2D用户分配子载波,然后基站通过公共信道将子载波分配信息和正交扩频码传送给每对D2D用户;
3)经过步骤2)后,由基站判断每对D2D用户是否具备D2D链路建立的条件;
4)对于具备链路建立条件的每对D2D用户,使用基于物理层的频域扩频方法得到频域扩频后的时域信号。
2.根据权利要求1所述一种蜂窝网络中采用D2D技术的扩频通信方法,其特征在于:所述D2D链路建立的条件为D2D用户对蜂窝用户的干扰功率,或其他控制D2D用户对蜂窝用户干扰的途径,所述途径包括距离或者用户相对于基站的角度。
3.根据权利要求1所述一种蜂窝网络中采用D2D技术的扩频通信方法,其特征在于:所述步骤3)的具体方法为:
D2D发送用户通过分配的子载波向D2D接收用户发送信号,由基站判断D2D用户对每个蜂窝用户的干扰功率是否满足公式(1),若干扰功率满足公式(1)则进入步骤4),
,公式(1)中,R为蜂窝用户需要的信息速率,B为每个蜂窝用户所占带宽,P为接收功率,当复用上行频率资源时,P为基站端接收功率,当复用下行频率资源时,P为用户端的接收功率,PI为D2D用户对每个蜂窝用户的干扰功率,N0为高斯白噪声功率谱密度。
4.根据权利要求3所述一种蜂窝网络中采用D2D技术的扩频通信方法,其特征在于:若D2D用户对蜂窝用户的干扰功率不满足公式(1),则该基站让D2D用户使用更低的发射功率降低D2D用户对每个蜂窝用户的干扰功率或者使用更长的正交扩频码,直至D2D用户具备D2D链路建立的条件。
5.根据权利要求1所述一种蜂窝网络中采用D2D技术的扩频通信方法,其特征在于:所述步骤4)的具体方法为:
D2D发送用户根据正交扩频码选择长度为M的扩频序列Ck,Ck=[ck(0),ck(1),...,ck(M-1)],然后D2D发送用户根据子载波分配信息将D2D的发送信息符号经过扩频序列扩频后映射到相应的子载波上,得到符号时域采样值,如公式(2)所示
(2)
公式(2)中s(m)为D2D用户发送的符号时域采样值,a为发送信息符号,j表示复数。
6.根据权利要求5所述一种蜂窝网络中采用D2D技术的扩频通信方法,其特征在于:所述扩频序列为Walsh-Hadamard序列、M序列或Golden序列。
7.根据权利要求1所述一种蜂窝网络中采用D2D技术的扩频通信方法,其特征在于:所述步骤4)中,各对D2D用户分配的子载波相互正交、部分重叠或完全重叠,当子载波分配重叠时各对D2D用户通过正交扩频码区分相互之间的信号。
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Granted publication date: 20141105 Termination date: 20180912 |