CN104105217B - 为多个设备到设备通信分配资源方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了通信***中分配资源以容纳多个同时发生的D2D通信的方案。首先，基站向小区中的所有D2D UE发送预定邻居距离；各个D2D UE基于所接收到的预定邻居距离，确定其各自的邻居信息并将其各自的邻居信息发送至基站；基站根据接收到的来自所有D2D UE的各自的邻居信息；确定所有D2D对的各自的邻居信息；然后，D2D对中的接收D2D UE确定其自己的干扰容忍度的值，并将所确定的值发送至基站；基站将接收到的该接收D2D UE的干扰容忍度的值作为该接收D2D UE所属D2D对的干扰容忍度的值；最后，基站根据所有D2D对的各自的邻居信息以及干扰容忍度的值，并基于贪心算法，将所有D2D对分入若干个分组内，并为每个分组分配不同的资源，然后将为每个D2D对分配的资源通知每个D2D对。

Description

为多个设备到设备通信分配资源方法和装置

技术领域

本申请涉及通信***，尤其涉及通信***中为各个设备到设备对(Device-to-Device pair)分配资源以容纳多个同时发生的设备到设备通信的方法和装置。

背景技术

设备到设备(Device-to-Device，D2D)通信是一种非常有前途的技术，其中具有较好的通信信道的用户设备(user equipment，UE)之间构建成D2D对，使得它们之间能够直接互相通信而无需经由蜂窝演进节点(eNB)的中继。由此，LTE蜂窝网络的性能(例如，吞吐量和传输延时)能够得以改善。由于上述的优势，许多公司及研究机构都试图将D2D通信引入LTE蜂窝网络以改善***的效率。在目前的3GPP RAN会议#58，D2D通信被核准为LTE蜂窝网络的一个研究项目。

D2D与蜂窝UEs的共存通常具有两种方式，(1)D2D与蜂窝UEs共享资源；(2)D2D以蜂窝eNB分配的专用资源进行通信，该专用资源与蜂窝UEs的资源正交。第二种共存方式使得D2D通信带来了利益并且对现有蜂窝UEs不产生干扰。然而，如果这些D2D对共享相同的资源，那么他们之间可能相互产生干扰，从而抵消他们带来的吞吐量增益。另一方面，如果所有这些D2D对都使用正交资源，那么资源短缺将会变得更为严重。

目前，一些现有的方案都考虑上述第二种共存方式的应用场景。例如，对于该第二种共存方式的应用场景，“Xiaogang R.，Gaohui T.and Zhongpei Z.，The research ofIMT-A_3GPP_12108on D2Dgrouping algorithm(in Chinese)，Proc.33th conference ofIMT-Apromoting group of 3GPP project，Beijing，2012，1-8.”中提出了一种方案(下文中简称为“自由度方案”)以使得多个D2D对同时传输成为可能。在该方案中，具有固定链路距离的D2D对被分成多组，每组使用一个资源。D2D对根据他们的自由度(也即，一个D2D对的邻居的个数)被排等级，且每对被有序地分配资源。被分配的资源的个数基于色彩算法(coloring algorithm)被最小化。

然而，上述方案存在以下缺陷：

1.大部分D2D对的数据速率低。该方案使得大部分D2D对被分入第一组。因此，第一组中的干扰最大，其中D2D链路更容易中断，导致低吞吐量。

2.未考虑总和干扰(sum-interference)。由于干扰图形是通过成对模型(pairwise model)绘制的且来自所有其他传输链路的干扰的总效应被忽略，因此，其未能实现D2D通信的目标数据速率。

3.D2D链路的距离被假定为都相同。在现实的无线环境中，D2D链路的距离相互之间通常是不同的，且链路质量受到其距离的影响。因此，一个更好的方案需要考虑他们的距离以及链路质量。

另一种方案为随机方案。在该随机方案中，每个资源趋于容纳相同个数的D2D对。因此，如果不考虑D2D对的单独的链路质量，那么该方案将能够获得较好的吞吐量。但是，该随机方案消耗较多的资源。

因此，如何有效地将D2D通信引入蜂窝网络，也即以较少的专用资源得到更高的吞吐量，是急需解决的一个问题。

发明内容

本发明旨在提供一种能够容纳LTE蜂窝网络中同时发生的多个D2D通信的方案。

假设本发明的蜂窝小区中随机地部署了多个UEs。如果相互通信的UEs之间的无线链路足够好，那么他们之间构成D2D对。D2D对经由eNB分配的资源传输数据，并且一个D2D对中的两个UEs不会同时发送数据。因此，将每个D2D对当作一个顶点(Vertex)，并且其位置假设通过该D2D对中的传输UE确定。该小区中未被选作D2D对的UEs被称为蜂窝UEs，其经由与D2D对的资源相正交的资源来传输数据。因此，在本发明中，蜂窝UEs对D2D对的性能的影响可以忽略。

本发明的技术方案旨在实现以下两个目标：(1)最大化这些D2D对的资源效率，也即，最大化多个D2D对每资源的吞吐量；(2)每个D2D对能够满足信干噪比(SINR)的需求从而实现某种服务质量(QoS)。

为了实现上述目标，根据本发明的一个方面，提出了一种在通信***的基站中用于分配资源的方法，其中，所述基站的覆盖范围内包括多个D2D对，每个D2D对包括两个D2D用户设备，所述方法包括以下步骤：i.向本基站覆盖范围内的所有D2D用户设备发送预定邻居距离；ii.接收来自所述所有D2D用户设备的各自的邻居信息；iii.根据所述所有D2D用户设备的各自的邻居信息，确定所述多个D2D对的各自的邻居信息；iv.获取所述多个D2D对的各自的干扰容忍度的值；v.根据所述多个D2D对的各自的邻居信息以及干扰容忍度的值，并基于贪心算法，将所述多个D2D对分入若干个分组内，并为每个分组分配不同的资源，其中分入同一分组内的D2D对互不为邻居。vi.将为所述多个D2D对中的每个D2D对分配的资源通知所述每个D2D对。

有利的，所述步骤i之后，所述步骤iv之前还包括以下步骤：-接收来自所述所有D2D用户设备中的一个或多个D2D用户设备的关于该一个或多个D2D用户设备的D2D同伴的查询消息；-将所述一个或多个D2D用户设备的D2D同伴的信息通知该一个或多个D2D用户设备。

有利的，所述步骤iv包括以下步骤：-从所述多个D2D对中的每个D2D对的接收D2D用户设备处获取该接收D2D用户设备的干扰容忍度的值；-将所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值作为对应于该接收D2D用户设备所属的D2D对的干扰容忍度的值；

其中，所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值通过以下方式获得：

-通过下式计算所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值

其中，表示所述接收D2D用户设备从其发送D2D用户设备接收到有用信号的接收功率，I₀表示所述接收D2D用户设备从其最近的非邻居D2D对接收到信号的接收功率，N₀表示热噪声，γ_th表示SINR门限值，α表示路径损耗因子；

-通过下式量化所计算的干扰容忍度的值以获得量化后的干扰容忍度的值

其中，M为所述基站覆盖范围内的D2D对的个数，表示向下取整。

有利的，所述步骤iv包括以下步骤：-从所述多个D2D对中的每个D2D对的接收D2D用户设备处获取该接收D2D用户设备的干扰容忍度的值，以及从发送D2D用户设备处获取该发送D2D用户设备的干扰容忍度的值；-将所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值和所述发送D2D用户设备的干扰容忍度的值中的较小值作为该接收D2D用户设备和发送D2D用户设备所属的D2D对的干扰容忍度的值；

其中，所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值通过以下方式获得：

-通过下式计算所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值

其中，表示所述接收D2D用户设备从其发送D2D用户设备接收到有用信号的接收功率，I₀表示所述接收D2D用户设备从其最近的非邻居D2D对接收到信号的接收功率，M₀表示热噪声，γ_th表示SINR门限值，α表示路径损耗因子；

-通过下式量化所计算的干扰容忍度的值以获得量化后的干扰容忍度的值

其中，M为所述基站覆盖范围内的D2D对的个数，表示向下取整；以及

其中，所述发送D2D用户设备的干扰容忍度的值通过以下方式获得：

-通过下式计算所述发送D2D用户设备的干扰容忍度的值

其中，表示所述发送D2D用户设备从其接收D2D用户设备接收到有用信号的接收功率，I₀表示所述发送D2D用户设备从其最近的非邻居D2D对接收到信号的接收功率，N₀表示热噪声，γ_th表示SINR门限值；

-通过下式量化所计算的干扰容忍度的值以获得量化后的干扰容忍度的值

其中，M为所述基站覆盖范围内的D2D对的个数，表示向下取整。

有利的，所述步骤v包括以下步骤：v1.以所述多个D2D对中的每个D2D对的干扰容忍度的值，非降序排列该多个D2D对，以生成经排序后的D2D对集合；v2.建立一个分组，并将经排序后的D2D对集合中的第一个D2D对放入该分组中，并将该第一个D2D对从经排序后的D2D对集合中去除，以更新该D2D对集合；v3.按顺序从更新后的D2D对集合中选择一个与该分组中的任一成员均不是邻居的D2D对，并将所选择的D2D对放入该分组中，并从D2D对集合中去除所选择的D2D对以更新该D2D对集合，并将该分组中的每个成员的干扰容忍度的值减1；v4.重复上述步骤v3直至该分组中的至少一个成员的干扰容忍度的值小于等于零；v5.以更新后的D2D对集合中剩余的D2D对的干扰容忍度的值，非降序排列该剩余的D2D对，以生成经排序后的D2D对集合；v6.重复上述步骤v2至v5直至D2D对集合为空；v7.为所建立的多个分组中的每个分组分配不同的资源。

根据本发明的另一个方面，提出了一种在通信网络的接收D2D用户设备中用于辅助基站分配资源的方法，其中，所述方法包括以下步骤：I.接收来自所述基站的预定邻居距离；II.基于所接收到的预定邻居距离，确定本接收D2D用户设备的邻居信息；III.将所确定的本接收D2D用户设备的邻居信息发送至所述基站；IV.确定本接收D2D用户设备的干扰容忍度的值，并将所确定的本接收D2D用户设备的干扰容忍度的值发送至所述基站；V.接收来自基站的资源分配信息。

有利的，所述步骤I之后，所述步骤IV之前还包括以下步骤：-判断本接收D2D用户设备是否知晓其D2D同伴；-如果否，则向所述基站发送查询消息，用于查询本接收D2D用户设备的D2D同伴；-接收来自所述基站的本接收D2D用户设备的D2D同伴的信息。

有利的，所述步骤IV包括以下步骤：

-通过下式计算本接收D2D用户设备的干扰容忍度的值

其中，表示本接收D2D用户设备从其发送D2D用户设备接收到有用信号的接收功率，I₀表示本接收D2D用户设备从其最近的非邻居D2D对接收到信号的接收功率，N₀表示热噪声，γ_th表示SINR门限值，α表示路径损耗因子；

-通过下式量化所计算的干扰容忍度的值以获得量化后的干扰容忍度的值

其中，M为所述基站覆盖范围内的D2D对的个数，表示向下取整。

根据本发明的另一个方面，提出了一种在通信网络的发送D2D用户设备中用于辅助基站分配资源的方法，其中，所述方法包括以下步骤：A.接收来自所述基站的预定邻居距离；B.基于所接收到的预定邻居距离，确定本发送D2D用户设备的邻居信息；C.将所确定的本发送D2D用户设备的邻居信息发送至所述基站；E.接收来自基站的资源分配信息。

有利的，所述步骤A之后，所述步骤E之前还包括以下步骤：-判断本发送D2D用户设备是否知晓其D2D同伴；-如果否，则向所述基站发送查询消息，用于查询本发送D2D用户设备的D2D同伴；-接收来自所述基站的本发送D2D用户设备的D2D同伴的信息。

有利的，所述步骤C之后，所述步骤E之前还包括以下步骤：D.确定本发送D2D用户设备的干扰容忍度的值，并将本发送D2D用户设备的干扰容忍度的值发送至所述基站。

有利的，其特征在于，所述步骤D包括以下步骤：

-通过下式计算本发送D2D用户设备的干扰容忍度的值

其中，表示本发送D2D用户设备从其接收D2D用户设备接收到有用信号的接收功率，I₀表示本发送D2D用户设备从其最近的非邻居D2D对接收到信号的接收功率，N₀表示热噪声，γ_th表示SINR门限值；

-通过下式量化所计算的干扰容忍度的值以获得量化后的干扰容忍度的值

其中，M为所述基站覆盖范围内的D2D对的个数，表示向下取整。

在本发明上述实施例的技术方案中，由于蜂窝小区中的每个D2D对的邻居被分在不同的组中，因此，D2D之间的得到较好的控制。此外，本发明的技术方案中新定义了一个反馈，也即干扰容忍度(tolerant interference degree，TID)，其使得评估D2D对的总和干扰变得容易。进一步地，通过使用TID，信令开销以及能量消耗得以减少。

通过应用本发明上述实施例的技术方案，首先，多个D2D链路能够以较少占用的资源同时通信。其次，每个D2D对的SINR满足通信的需求。再次，蜂窝小区取得了较高的资源效率。

根据本发明的另一个方面，提出了一种在通信***的基站中用于分配资源的方法，其中，所述基站的覆盖范围内包括多个D2D对，每个D2D对包括两个D2D用户设备，所述方法包括以下步骤：a.向本基站覆盖范围内的所有D2D用户设备发送预定合作距离和预定干扰距离；b.接收来自所述所有D2D用户设备的各自的合作集合和干扰源集合；c.根据所述所有D2D用户设备的各自的合作集合和干扰源集合，构建所述多个D2D对的干扰图；d.基于所述多个D2D对的干扰图以及贪心算法，并根据所述多个D2D对的饱和度，将所述多个D2D对分入若干个分组内，并为每个分组分配不同的资源，其中，对于某个D2D对，其饱和度表示其邻居中已被分配资源的D2D对的个数；e.将为所述多个D2D对中的每个D2D对分配的资源通知所述每个D2D对。

根据本发明的另一个方面，提出一种在通信网络的D2D用户设备中用于辅助基站分配资源的方法，其中，所述方法包括以下步骤：接收来自所述基站的预定合作距离和预定干扰距离；基于所接收到的预定合作距离和预定干扰距离，确定本D2D用户设备的合作集合和干扰源集合；将所确定的本D2D用户设备的合作集合和干扰源集合发送至所述基站；接收来自基站的资源分配信息。

在本发明上述实施例的技术方案中，由于相互干扰源被分入不同的分组中，因此，基于干扰源集合，D2D对之间的干扰能够得到很好的控制。进一步地，定义了一个D2D备选合作集合，其减小了eNB的搜索范围并保证了D2D链路质量。因此eNB能够调整该集合以使得D2D通信满足应用需求而无需花费太多信令开销。

通过应用本发明上述实施例的技术方案，首先，多个D2D链路能够以较少占用的资源同时通信。其次，每个资源被分配给类似数量的D2D对，因此资源分配更加均匀。再次，D2D对的SINR得到极大的改善。

本发明的各个方面将通过下文中的具体实施例的说明而更加清晰。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的上述及其他特征将会更加清晰：

图1示出了根据本发明的一个实施例的蜂窝小区中多个D2D对通信的示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的一个UE的邻居关系的一个示例；

图3示出了根据本发明的一个实施例的一个D2D对的邻居关系的一个示例；

图4示出了根据本发明的一个实施例的分配资源的方法流程图；

图5示出了根据本发明的一个实施例的一个小区的邻居图的示例；

图6示出了根据本发明的一个实施例的资源分配的示意图；

图7示出了本发明的技术方案与现有两种方案所使用的资源的数量的比较示意图；

图8示出了本发明的技术方案与现有两种方案的吞吐量的比较示意图；

图9示出了本发明的技术方案与现有两种方案的资源效率的比较示意图；

图10示出了一个UE的干扰关系的一个示例，其中UE的干扰源位于圆形区域中；

图11示出了一个D2D对的干扰关系的一个示例；

图12示出了根据本发明的另一个实施例的分配资源的方法流程图；

图13示出了一个包含100个D2D对的小区的干扰图的示例；

图14示出了为小区中的多个D2D对分配资源的一个示例的示意图；

图15示出了当干扰距离为100m时，本发明的技术方案与现有两种方案的均匀度的比较示意图；

图16示出了当干扰距离为100m时，本发明的技术方案与现有两种方案的信干噪比的比较示意图；

图17示出了了当干扰距离为150m时，本发明的技术方案与现有两种方案的信干噪比的比较示意图；

图18示出了当干扰距离为100m时，本发明的技术方案与现有两种方案所使用的资源的数量的比较示意图。

附图中相同或者相似的附图标识表示相同或者相似的部件。

具体实施方式

以下参考附图对本发明的实施例进行描述。

参照图1，假设蜂窝小区中包括多个蜂窝UEs(这些蜂窝UEs通过传统的方式传输数据)以及多个D2D对(这些D2D对通过eNB分配的资源直接传输数据)。由于蜂窝UEs与D2D对采用分开的资源，因此，此处他们之间的相互干扰可以忽略。在D2D通信中，通信链路通常较短，这使得多个D2D对的同时传输成为可能。另一方面，由于无线广播的特性，可能存在D2D对之间的干扰。因此，需要控制干扰并且保证将多个D2D对有效地引入蜂窝网络的通信需求。

基于此，随机D2D链路v处的SINRγ_v应当超过一个给定的门限值γ_th以提供特定的QoS。此外，资源效率的目标在于最大化。这些考虑能够被模型化为如下：

s.t.γ_v≥γ_th (1)

其中，r_eff表示资源效率，C_throughput是多个D2D对集合Ψ的总吞吐量，N_resource是相应的所使用的资源量。上述最优问题能够转换为一个次优问题，其最大化吞吐量同时最小化所使用的资源量。

对于最大化吞吐量，D2D对之间的干扰需要被控制。在无线环境中，每个UE到某些个UEs具有直接链路(UE之间的信道质量高于一个门限值)，这些UEs被定义为其邻居。通常，一个UE的干扰被假定为来自其邻居。此处，假定对于随机的两个UE i和j，如果他们之间的距离d_ij小于预定的邻居距离d_neig，那么，他们之间相互为邻居，也即：

d_ij≤d_neig (2)

d_neig是存储在eNB侧的一个先验值，其数值通常大于实际通信链路的距离以控制干扰。图2示出了一个UE的邻居关系的一个示例，其邻居位于示出的圆圈内。由于每个D2D对中一次只有一个UE传输数据，因此D2D链路的干扰来自其他D2D对的传输UEs。因此，可将每个D2D链路作为一个整体，由顶点(Vertex)表示，因为D2D对的链路距离较短。如果两个UE是邻居，那么其归属的两个D2D对也是邻居。图3示出了一个D2D对的邻居关系的一个示例。

参照图4，在本发明的技术方案中，首先，在步骤S41中，eNB向小区中的所有D2D对(也即，所有D2D UE)广播预定邻居距离d_neig。然后，在步骤S42中，D2D对中的每个D2D UE基于接收到的预定邻居距离d_neig，根据上式(2)，确定其各自的D2D UE的邻居信息。在实际应用中，如果满足下式，则可认为UEj是UEi的邻居。

其中，P_t是UE的发送功率，α是路径损耗因子，UE i从UEj接收到信号的接收功率。也就是说，在实际应用中，可以根据接收功率而非距离来判断两个UE之间是否为邻居。

每个D2D UE确定了各自的邻居信息后，在步骤S43中，将各自的邻居信息反馈给eNB。

由于并非每个D2D UE知晓其D2D同伴(D2D peer)，因此，

有利的，在上述步骤S42之前或之后，还可以包括步骤S42’，各个D2D UE判断其是否知晓各自的D2D同伴；如果否，则在步骤S42a’中向eNB发送查询消息，用于查询本D2D UE的D2D同伴；eNB根据接收到的查询消息，在步骤S42b’中，将该D2D UE的D2D同伴的信息告知该D2D UE。

eNB接收到来自所有D2D UE的各自的邻居信息后，在步骤S44中，根据该所有D2DUE的各自的邻居信息，确定小区中所有D2D对的各自的邻居信息。例如，eNB可以根据以下原则来确定D2D对的邻居：如果一个D2D对中的任一D2D UE是另一个D2D对中的一个D2D UE的邻居，那么，这两个D2D对是邻居。图5示出了一个包括100个D2D对的小区的邻居图的示例，其中，每个D2D对由星形表示，邻居由边相互连接。

由于小区的邻居图在一定程度上反映了D2D对之间的干扰信息，因此，也可将小区的邻居图称为多个D2D对的干扰图。为了容纳这些D2D对的同时通信，eNB为邻居分配不同的资源。为了获得高的资源效率，eNB也需要知晓每个D2D对的总和干扰，链路质量和信干噪比(SINR)门限γ_th。然而，这么对的反馈将导致较大的信令开销。基于此，本发明的技术方案中引入了一个新的参量，也即干扰容忍度(tolerant interference degree，TID)，对于顶点i(也即，D2D对)，其干扰容忍度表示为为了使得每个D2D链路的SINR满足通信的SINR需求，也即，满足上式(1)中的限制，那么需要满足以下表达式：

其中是顶点i的总和干扰，d_iD2D链路的距离，ψ_i是顶点i的邻居集合，N₀是热噪声。为了满足不等式(4)，得到

从上式(5)可知看出，D2D对的总和干扰应当小于由其链路质量(例如，链路质量和衰减因子)确定的门限值。因此，D2D对的总和干扰需要基于他们各自的链路质量被控制。

根据先前的研究工作(参见Mordachev，V.and Loyka，S.，On node density-outage probability tradeoff in wireless networks，IEEE Journal on SelectedAreas in Communications，vo1.27，2009，1120-1131.)的结果，一个节点的主要干扰来自与其最近的节点，而来自其他节点的干扰则可以忽略。此处，将来自其他非邻居顶点的干扰近似为热噪声N₀并假设来自最近的非邻居顶点的干扰为I₀。于是，将TID定义如下，也即表示所能容忍的与顶点i共存的顶点的个数：

在上式(6)中，表示一个D2D对的接收D2D UE从其发送D2D UE接收到有用信号的接收功率，I₀表示一个D2D对的接收D2D UE从其最近的非邻居顶点接收到的信号的接收功率。

也就是说，在发明的技术方案中，当D2D UE确定其邻居信息以及获得其D2D同伴信息后，进一步地，在步骤S45中，D2D对中的接收D2D UE根据上式(6)，计算其干扰容忍度的值然后，在步骤S46中，接收D2D UE根据下式，对计算出的干扰容忍度的值进行量化，以获得量化后的干扰容忍度的值

其中，M为小区内D2D对的个数，表示向下取整。也就是说，当计算出的干扰容忍度的值大于M时，将M作为最终的干扰容忍度的值；当计算出的干扰容忍度的值小于1时，将1作为最终的干扰容忍度的值；当计算出的干扰忍度的值大于等于1且小于等于M是，对计算出的干扰忍度的值向下取整后作为最终的干扰容忍度的值。

当接收D2D UE确定了其干扰容忍度的值后，在步骤S47中，将所确定的干扰容忍度的值发送至eNB，例如，可通过PUSCH或EPDCCH信道发送给eNB。eNB接收到D2D对中的接收D2DUE的干扰容忍度的值后，在步骤S48中，将该接收D2D UE的干扰容忍度的值作为对应于该接收D2D UE所属的D2D对的干扰容忍度的值。

在另一个例子中，D2D对中的接收D2D UE和发送D2D UE分别确定其各自的干扰容忍度的值，并将其各自的干扰容忍度的值提供给eNB。eNB将这两个干扰容忍度的值中较小值作为该D2D对的干扰容忍度的值。

当eNB获取了小区中所有D2D对的各自的干扰容忍度的值后，在步骤S49中，根据所有D2D对的各自的邻居信息以及干扰容忍度的值，并基于贪心算法，将所有D2D对分入若干个分组内，并为每个分组分配不同的资源，其中分入同一分组内的D2D对互不为邻居，如图6所示出的。然后，在步骤S410中，将为每个D2D对分配的资源通知每个D2D对。eNB为各个D2D对分配的资源例如可通过广播的方式发送给各个D2D对。各个D2D对可经由例如PDSCH或EPDCCH接收为其分配的资源的信息。

在该贪心算法中，小区中的所有顶点(也即，D2D对)根据他们各自的干扰容忍度的值被非降序地进行排列，然后，这些顶点被依次放入不同的分组中。在s次循环后，所有顶点被分入s个分组(G₁……G_s)中，其中，每个分组被分配一个资源，也即，s个分组中各个分组所分配的资源各不相同。在该算法中，相互为邻居的顶点将不会被放入同一个分组中，非邻居顶点被顺序地放入一个分组中直至其中一个D2D对的干扰总和不再能够容忍。也就是说，每个分组中的各个顶点的干扰容忍度的值满足下式

将第s分组中的顶点的个数表示为N(s)，其初始值为0。本发明的贪心算法具体如下所示：

假定S＝1

输入：所有D2D对的集合Ψ₁＝{v₁，v₂····v_M}，邻居图{ψ_i}_i＝1......M，以及TID的集合T₁＝{x₁，x₂····x_M}

输出：分组G₁……G_s

重复

1)在第s次循环中，根据顶点集合(也即，D2D对的集合)中各顶点的TID，对各顶点进行非降序排列其中N(k)表示分组G_k中顶点的个数。然后获得排序后的顶点集合

2)建立一个分组G_s，并将顶点集合中的第一个顶点v_s，1放入该分组中，也即G_s＝v_s，1。同时，将v_s，1从Ψ_s中去除，也即Ψ_s＝Ψ_s\v_s，1。令N(s)＝N(s)+1。

3)按顺序选择与G_s中的成员不是邻居的顶点，并将其放入G_s中。

重复

i.选择与G_s中的成员不是邻居且具有最大TID的顶点v_s，i，并将其放入G_s中，也即G_s＝{G_s，v_s，i}。同时，将v_s，i从Ψ_s中去除，也即Ψ_s＝Ψ_s\v_s，i。

ii.更新G_s中的成员的TID值，也即并且更新分组s中顶点的个数，也即N(s)＝N(s)+1。

直至G_s中至少有一个顶点的TID小于等于0，也即T_j≤0。

4)S＝s+1。

直至没有顶点剩余，也即Ψ_s＝φ。

在本发明的技术方案中，由于使用了TID反馈，因此eNB无需知晓每个UE的位置和干扰。因此，减少了信令开销和复杂度。

为了进一步评估本发明上述实施例的技术方案，进行了相关的仿真并将其与自由度方案以及随机方案进行了比较。仿真参数如下表1所示。

表1

图7显示相比于随机的方案所使用的资源的数量本发明的技术方案所使用的资源的数量极大地得以减少(减少约94％)。这是因为在随机的方案中，共享同一资源的D2D对的数量趋于相等，而本发明技术方案中的资源通过贪心算法分配，其类似于自由度的方案。

图8显示相比于自由度的方案，本发明的技术方案的小区的吞吐量得到极大的改善(从135％至220％)，这是因为在本发明的技术方案中考虑了每个D2D对的总和干扰和链路质量。此外，本发明的技术方案中，由于干扰得到了较好的控制，因此其吞吐量与随机的方案的吞吐量类似，而随机的方案所使用的资源却较多。

图9显示本发明的技术方案具有较好的资源效率，其是自由度的方案的4倍，是随机的方案的17倍。这是因为本发明的技术方案在吞吐量上得到了极大的改进并且使用了较少的资源。

以上对本发明的一个实施例进行了详细的描述。在本发明的另一个实施例中，仍参照图1，如果两个邻近的UE有数据要传输且它们直接的信道足够好，eNB把它们选为一组D2D对。此处，用距离来定义这种合作关系。假设对任意一个UEj，它将成为UEi的一个D2D备选合作者，只要它们之间的距离d_ij小于预先设定的合作距离d_partner，即

d_ij≤d_partner (9)

由于D2D链路经常比较短且链路质量好，这使得多个D2D链路同时传输成为可能。另一方面，由于无线广播特性，D2D对之间的干扰可能存在。因此，需要控制干扰并保证信干噪比要求来保证有效的D2D通信。为了达到这个目的，相互间有不可容忍干扰的UE要分配不同的资源。在无线环境中，由于路径损耗，一个通信链路通常只被一定范围的UE的传输信号所干扰。在这个范围中，UE之间的信道要好于某一阈值，把这些UE称作互相干扰源。根据文献“Mordachev，V.and Loyka，S.，On node density-outage probability tradeof inwireless networks，IEEEJournal on Selected Areas in Communications，vo1.27，2009，1120-1131.”，UE之间的干扰随着它们距离的增加而迅速减少。这意味着可以假设对某一个UE的主要干扰在一定的范围内。因此，相互干扰源将在本发明的技术方案中分配不同的资源来控制功率。

这里假设对任意的两个UE i和j，如果它们之间的距离d_ij小于预先设定的干扰距离d_interference，则它们互为干扰源，即

d_ij≤d_interference (10)

d_interference为储存在eNB处的一个先验值，这个值通常大于d_partner来限制干扰。图10示出了一个UE的干扰关系的一个示例，其中UE的干扰源位于圆形区域中。

由于在一个D2D对中一次只有一个UE传输信息，对一个D2D对的链路来说，它所受到的干扰来自其他D2D对的传输UE。因此，我们把每个D2D对看作一个整体，用顶点来表示。如果两个UE之间相互干扰，那么它们所属的D2D对也认为相互干扰。图11示出了一个D2D对的干扰关系的一个示例。

假设D2D对被分到不同的组中，相同组里的D2D对使用相同的资源传输。定义一个度量标准σ来判断资源分配的均匀性。用随机变量M来代表一个组里D2D对的数目，σ可以表示如下

其中μ表示M的均值，M_i表示第i个分组中成员的个数，N表示分组的个数。σ的值越小，说明资源分配方案分配资源越均匀。下文中将分步骤详细阐述这个方案。

如图12所示，首先，在步骤S1201中，eNB广播D2D合作距离d_partner和干扰距离d_interference。实际过程中，eNB可以通过设定d_partner和d_interference的值来管理接收UE的接收信号和干扰。它们的值可以通过经验值或TA(时间提前量)来测得UE的部署位置或其他信息比如UE反馈的传输功率、距离等来得到。

UE在接收到来自eNB的合作距离d_partner和干扰距离d_interference后，UE在一时隙中用随机的信道或分配的信道中发射包含自己身份信息的包；在另一时间，它监听来自其它UE的信息。然后UE解出接收到的包并估计发包UE与本身的距离，然后，在步骤S1202中，UE通过公式(9)和(10)来得到上述的两个集合。实际中，UE也可以通过接收功率来进行判断。UEj发射信号在UE i的接收功率如果满足下式(12)，则UEj被认为是UE i的备选合作者。

其中P_t为UE的传输功率，α为路径损耗因子，为UE i接收到UEj的信号功率。相似的，UE i的干扰源可以由下式决定

这些比较结束后，UE就可以得到它的合作集合Φ_P以及干扰源集合Φ_I。总的来说，合作集合从属与干扰源集合，即这是因为d_partner≤d_interference。

然后，在步骤S1203中，每个UE将自己的合作集合和干扰源集合反馈给eNB。由于Φ_P和Φ_I部分重叠，UE只需要将Φ_P和只是在干扰源集合中的UEΦ_I/Φ_P反馈即可。利用合作集合Φ_P，eNB可以决定UE是用传统的方式传输信息还是用D2D传输。这个集合可以帮助eNB决定UE的传输模式并缩小D2D合作者的寻找范围。因此，将会降低信令开销。给定一个UE，如果另一个UE是它的目的接收对象并从属于它的合作集合，那么这两个UE将构成一个D2D对并直接传输信息。通过利用干扰集合Φ_I，eNB可以得到所有UE的干扰图。在步骤S1204中，根据UE的这些反馈信息，eNB可以构建所有D2D对的干扰图。图13示出了一个包含100个D2D对的小区的干扰图的示例。其中，星号代表顶点，干扰源之间由边来连接。

然后，在步骤S1205中，eNB给这些D2D对按照贪心染色算法来分配资源。每一个D2D对被视为一个顶点，这些顶点按照它们的自由度进行非递增排列。根据饱和度将它们分配到不同的组中。对某一个D2D对，饱和度定义为它的邻居中已被分配资源的顶点个数。经过s次循环之后，顶点被分到N个组(G₁……G_N)中，每一个组的D2D对使用一个资源。在这个过程中，相互干扰的D2D对通过利用Φ₁被分到不同的组中。拥有最少成员的分组有最先容纳新D2D对的优先级。提出的这个贪心算法具体如下：

①eNB根据Φ_I和Φ_P建立干扰图，每一个D2D对由一个顶点来表示；

②计算每个顶点的自由度，并根据顶点自由度将它们按非递增排列

③用随机的颜色给第一个顶点染色，并计算其它顶点的饱和度

④选取具有最大饱和度的顶点，如果遇到饱和度相同的情况，任意选其中之一。

⑤给选出的顶点用当前可用颜色集合Φ_A中被用的次数最少的颜色染色。Φ_A包含了非此顶点干扰源已被染色的所有颜色集合。如果Φ_A为空，则创建一个新颜色。更新此顶点干扰源的饱和度。

⑥返回到步骤④直到所有的顶点被染色。

上述过程结束后，每个顶点都被分配的一个颜色，如图14所示。具有相同颜色的D2D对分享相同的资源。颜色的数目即是分配资源的数目。通过此贪心算法，被分配资源的数目被最小化。同时，使用每个资源的D2D对的数目相似。

最后，在步骤S1206中，eNB将为每个D2D对分配的资源通知每个D2D对。然后，每个D2D对根据被分配的资源传输数据。

为了进一步评估本发明的上述实施例的技术方案，进行了相关的仿真并将其与自由度方案以及随机方案进行了比较。仿真参数如下表2所示。

表2

图15比较了三种方案的均匀度。从图中可以看出，作为基准，随机的方案具有最好的均匀性而自由度的方案具有最差的均匀性。另外，比较自由度的技术方案，本发明的技术方案将σ值降低了50％。这也就是说，从均匀分配资源的角度，本发明的技术方案要由于自由度的技术方案。

图16显示自由度的方案有一半的概率信干噪比很低，并不符合实际通信的要求。原因是此方案中绝大部分的D2D对被分到了第一个组中，即绝大部分D2D对分享相同的资源。为了使信干噪比的值满足实际需要，干扰距离需要进一步被扩大，这又导致资源消耗变高。在本发明的技术方案中，信干噪比最高可提高两倍这是因为此方案更均匀的分配资源并且干扰集合控制了干扰。

图17显示本发明的技术方案的信干燥比与随机方案的相似。这是因为随着干扰距离的增加，在本发明的技术方案中，相互干扰源更易被分配到不同的资源中。而在随机方案中，只是均匀的分配资源并没有考虑到D2D对中的干扰。而且，本发明的技术方案将自由度方案的信干燥比最高提升6倍。也就是说，所提方案的优势在干扰距离变大Φ₁比较小时更加显著，这是因为由均匀分配资源所带来的好处更加明显。

图18显示本发明的技术方案和自由度方案使用的资源数目类似但信干噪比要远好于后者。另外，随机方案具有最好的信干噪比是以巨大的资源消耗为代价的。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (14)

1.一种在通信***的基站中用于分配资源的方法，其中，所述基站的覆盖范围内包括多个D2D对，每个D2D对包括两个D2D用户设备，所述方法包括以下步骤：

i.向所述基站覆盖范围内的所有D2D用户设备发送预定邻居距离；

ii.接收来自所述所有D2D用户设备的各自的邻居信息；

iii.根据所述所有D2D用户设备的各自的邻居信息，确定所述多个D2D对的各自的邻居信息；

iv.获取所述多个D2D对的各自的干扰容忍度的值；

v.根据所述多个D2D对的各自的邻居信息以及干扰容忍度的值，并基于贪心算法，将所述多个D2D对分入若干个分组内，并为每个分组分配不同的资源，其中分入同一分组内的D2D对互不为邻居；

vi.将为所述多个D2D对中的每个D2D对分配的资源通知所述每个D2D对。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤i之后，所述步骤iv之前还包括以下步骤：

-接收来自所述所有D2D用户设备中的一个或多个D2D用户设备的关于该一个或多个D2D用户设备的D2D同伴的查询消息；

-将所述一个或多个D2D用户设备的D2D同伴的信息通知该一个或多个D2D用户设备。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤iv包括以下步骤：

-从所述多个D2D对中的每个D2D对的接收D2D用户设备处获取该接收D2D用户设备的干扰容忍度的值；

-将所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值作为对应于该接收D2D用户设备所属的D2D对的干扰容忍度的值；

其中，所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值通过以下方式获得：

-通过下式计算所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值

其中，P_t是发送D2D用户设备j的发送功率，d_i表示所述接收D2D用户设备i与其发送D2D用户设备j之间的D2D链路的距离，α表示路径损耗因子，表示所述接收D2D用户设备i从其发送D2D用户设备j接收到有用信号的接收功率，I₀表示所述接收D2D用户设备j从其最近的非邻居D2D对接收到信号的接收功率，N₀表示热噪声，γ_th表示SINR门限值；

-通过下式量化所计算的干扰容忍度的值以获得量化后的干扰容忍度的值

其中，M为所述基站覆盖范围内的D2D对的个数，表示向下取整。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤iv包括以下步骤：

-从所述多个D2D对中的每个D2D对的接收D2D用户设备处获取该接收D2D用户设备的干扰容忍度的值，以及从发送D2D用户设备处获取该发送D2D用户设备的干扰容忍度的值；

-将所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值和所述发送D2D用户设备的干扰容忍度的值中的较小值作为该接收D2D用户设备和发送D2D用户设备所属的D2D对的干扰容忍度的值；

其中，所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值通过以下方式获得：

-通过下式计算所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值

其中，P_t是发送D2D用户设备j的发送功率，d_i表示所述接收D2D用户设备i与其发送D2D用户设备j之间的D2D链路的距离，α表示路径损耗因子，表示所述接收D2D用户设备从其发送D2D用户设备接收到有用信号的接收功率，I₀表示所述接收D2D用户设备从其最近的非邻居D2D对接收到信号的接收功率，N₀表示热噪声，γ_th表示SINR门限值；

-通过下式量化所计算的干扰容忍度的值以获得量化后的干扰容忍度的值

其中，M为所述基站覆盖范围内的D2D对的个数，表示向下取整；以及

其中，所述发送D2D用户设备的干扰容忍度的值通过以下方式获得：

-通过下式计算所述发送D2D用户设备的干扰容忍度的值

其中，P_t是接收D2D用户设备i的发送功率，d_j表示所述发送D2D用户设备j与其接收D2D用户设备i之间的D2D链路的距离，α表示路径损耗因子，表示所述发送D2D用户设备j从其接收D2D用户设备i接收到有用信号的接收功率，I₀表示所述发送D2D用户设备j从其最近的非邻居D2D对接收到信号的接收功率，N₀表示热噪声，γ_th表示SINR门限值；

-通过下式量化所计算的干扰容忍度的值以获得量化后的干扰容忍度的值

其中，M为所述基站覆盖范围内的D2D对的个数，表示向下取整。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤v包括以下步骤：

v1.以所述多个D2D对中的每个D2D对的干扰容忍度的值，非降序排列该多个D2D对，以生成经排序后的D2D对集合；

v2.建立一个分组，并将经排序后的D2D对集合中的第一个D2D对放入该分组中，并将该第一个D2D对从经排序后的D2D对集合中去除，以更新该D2D对集合；

v3.按顺序从更新后的D2D对集合中选择一个与该分组中的任一成员均不是邻居的D2D对，并将所选择的D2D对放入该分组中，并从D2D对集合中去除所选择的D2D对以更新该D2D对集合，并将该分组中的每个成员的干扰容忍度的值减1；

v4.重复上述步骤v3直至该分组中的至少一个成员的干扰容忍度的值小于等于零；

v5.以更新后的D2D对集合中剩余的D2D对的干扰容忍度的值，非降序排列该剩余的D2D对，以生成经排序后的D2D对集合；

v6.重复上述步骤v2至v5直至D2D对集合为空；

v7.为所建立的多个分组中的每个分组分配不同的资源。

6.一种在通信网络的接收D2D用户设备中用于辅助基站分配资源的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

I.接收来自所述基站的预定邻居距离；

II.基于所接收到的预定邻居距离，确定所述接收D2D用户设备的邻居信息；

III.将所确定的所述接收D2D用户设备的邻居信息发送至所述基站；

IV.确定所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值，并将所确定的所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值发送至所述基站；

V.接收来自基站的资源分配信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤I之后，所述步骤IV之前还包括以下步骤：

-判断所述接收D2D用户设备是否知晓其D2D同伴；

-如果否，则向所述基站发送查询消息，用于查询所述接收D2D用户设备的D2D同伴；

-接收来自所述基站的所述接收D2D用户设备的D2D同伴的信息。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤IV包括以下步骤：

-通过下式计算所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值

其中，P_t是发送D2D用户设备j的发送功率，d_i表示所述接收D2D用户设备i与其发送D2D用户设备j之间的D2D链路的距离，α表示路径损耗因子，表示所述接收D2D用户设备i从其发送D2D用户设备j接收到有用信号的接收功率，I₀表示所述接收D2D用户设备j从其最近的非邻居D2D对接收到信号的接收功率，N₀表示热噪声，γ_th表示SINR门限值；

-通过下式量化所计算的干扰容忍度的值以获得量化后的干扰容忍度的值

其中，M为所述基站覆盖范围内的D2D对的个数，表示向下取整。

9.一种在通信网络的发送D2D用户设备中用于辅助基站分配资源的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

A.接收来自所述基站的预定邻居距离；

B.基于所接收到的预定邻居距离，确定所述发送D2D用户设备的邻居信息；

C.将所确定的所述发送D2D用户设备的邻居信息发送至所述基站；

D.确定所述发送D2D用户设备的干扰容忍度的值，并将所述发送D2D用户设备的干扰容忍度的值发送至所述基站；以及

E.接收来自基站的资源分配信息。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤A之后，所述步骤E之前还包括以下步骤：

-判断所述发送D2D用户设备是否知晓其D2D同伴；

-如果否，则向所述基站发送查询消息，用于查询所述发送D2D用户设备的D2D同伴；

-接收来自所述基站的所述发送D2D用户设备的D2D同伴的信息。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤D包括以下步骤：

-通过下式计算所述发送D2D用户设备的干扰容忍度的值

其中，P_t是接收D2D用户设备i的发送功率，d_i表示所述接收D2D用户设备i与其发送D2D用户设备j之间的D2D链路的距离，α表示路径损耗因子，表示所述发送D2D用户设备j从其接收D2D用户设备i接收到有用信号的接收功率，I₀表示所述发送D2D用户设备j从其最近的非邻居D2D对接收到信号的接收功率，N₀表示热噪声，γ_th表示SINR门限值；

-通过下式量化所计算的干扰容忍度的值以获得量化后的干扰容忍度的值

其中，M为所述基站覆盖范围内的D2D对的个数，表示向下取整。

12.一种在通信***的基站中用于分配资源的装置，其中，所述基站的覆盖范围内包括多个D2D对，每个D2D对包括两个D2D用户设备，所述装置包括：

第一发送单元，用于向所述基站覆盖范围内的所有D2D用户设备发送预定邻居距离；

第一接收单元，用于接收来自所述所有D2D用户设备的各自的邻居信息；

第一确定单元，用于根据所述所有D2D用户设备的各自的邻居信息，确定所述多个D2D对的各自的邻居信息；

获取单元，用于获取所述多个D2D对的各自的干扰容忍度的值；

资源分配单元，用于根据所述多个D2D对的各自的邻居信息以及干扰容忍度的值，并基于贪心算法，将所述多个D2D对分入若干个分组内，并为每个分组分配不同的资源，其中分入同一分组内的D2D对互不为邻居；

第二发送单元，用于将为所述多个D2D对中的每个D2D对分配的资源通知所述每个D2D对。

13.一种在通信网络的接收D2D用户设备中用于辅助基站分配资源的装置，其中，所述基站的覆盖范围内包括多个D2D对，每个D2D对包括两个D2D用户设备，所述装置包括：

第二接收单元，用于接收来自所述基站的预定邻居距离；

第二确定单元，用于基于所接收到的预定邻居距离，确定所述接收D2D用户设备的邻居信息；

第三发送单元，用于将所确定的所述接收D2D用户设备的邻居信息发送至所述基站；

第三确定单元，用于确定所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值，并将所确定的所述接收D2D用户设备的干扰容忍度的值发送至所述基站；

第三接收单元，用于接收来自基站的资源分配信息；

其中，所述资源分配包括：根据所述多个D2D对的各自的邻居信息以及干扰容忍度的值，并基于贪心算法，将所述多个D2D对分入若干个分组内，并为每个分组分配不同的资源，其中分入同一分组内的D2D对互不为邻居。

14.一种在通信网络的发送D2D用户设备中用于辅助基站分配资源的装置，其中，所述基站的覆盖范围内包括多个D2D对，每个D2D对包括两个D2D用户设备，所述装置包括：

第四接收单元，用于接收来自所述基站的预定邻居距离；

第四确定单元，用于基于所接收到的预定邻居距离，确定所述发送D2D用户设备的邻居信息；

第四发送单元，用于将所确定的所述发送D2D用户设备的邻居信息发送至所述基站；

第五确定单元，用于确定所述发送D2D用户设备的干扰容忍度的值，并将所述发送D2D用户设备的干扰容忍度的值发送至所述基站；以及

第五接收单元，用于接收来自基站的资源分配信息；

其中，所述资源分配包括：根据所述多个D2D对的各自的邻居信息以及干扰容忍度的值，并基于贪心算法，将所述多个D2D对分入若干个分组内，并为每个分组分配不同的资源，其中分入同一分组内的D2D对互不为邻居。