CN112994759B - 一种基于ofdm的协作中继d2d通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于OFDM的协作中继D2D通信方法，包括远距离D2D对通过特殊D2D对进行数据中继通信，特殊D2D对复用多个资源并作为中继设备，基于OFDM利用多个可用资源进行信号传输；将通信***帧结构划分成等长的两个时隙，在奇数时隙，特殊D2D发射机既能够发送信号也能够接收中继转发信号，在偶数时隙，特殊D2D发射机基于OFDM发送自身传输信号和转发中继转发信号。本发明选择D2D用户作为远距离D2D对的中继设备可以有效的解决因为距离限制而导致无法进行D2D通信的问题，有效的提升***D2D接入数量；通过OFDM技术可以充分的利用一个D2D复用多个蜂窝资源的情况，在保证充当中继的特殊D2D通信质量的前提下有效的提升***内频谱利用效率，具有广泛的实用价值及应用前景。

Description

一种基于OFDM的协作中继D2D通信方法
技术领域
本发明涉及无线通信，尤其涉及一种基于OFDM的协作中继D2D通信方法。
背景技术
随着信息技术的高速发展和多媒体智能设备数量***式增长，以及各种多媒体应用程序的在线使用，并且伴随着对于通信服务质量、时延和速率的高要求，现有的通信手段和通信资源难以应对和提供用户的真实需求。D2D通信作为5G架构的技术组成部分之一，它是一种不需要通过基站进行数据转发，在近邻设备与设备之间可以直接进行数据传输的通信模式。如图1所示，D2D对用户通过复用蜂窝用户资源可以直接进行短距离通信，从而可以大大减少基站的数据处理和转发次数，大规模提升频谱资源利用率，进而提升***总吞吐量、扩大网络容量，降低功耗并保证用户通信的Qos。
D2D使用的通信频段是电信授权频段，基站可以通过控制用户的发射功率、模式选择和资源复用。D2D通信使用的资源可以是共享蜂窝用户的通信资源也可以单独占用一条通信通道。一般情况下，D2D对有三种通信模式：专用模式、蜂窝模式和共享模式(复用模式)，但共享模式是最常用的一种，共享模式可以很大程度的提升频谱利用效率和提升小区通信容量。
在复用模式下，复用资源的情况可以分为一对一复用模式和多对一复用模式。如图2所示，图中D2D用户都是采用复用模式，D2D_1用户复用蜂窝用户CUE_1的资源，D2D_2和D2D_3共同复用蜂窝用户CUE_2的资源。相比于一对一复用模式，多对一复用模式可以使***容纳更多的通信用户，进一步提升***的频谱利用率。在多对一资源复用模式下，D2D用户可以通过分组的方式进行资源复用，分组可以控制组内D2D用户之间的干扰尽可能的小。在分组过程中，一些D2D对可以在多个蜂窝用户资源块中进行资源复用，但是实际复用过程一个D2D通信量复用一个资源块即可完成通信任务，从而导致***内频谱浪费。D2D通信由于其短距离直连通信可以减小基站负荷，但是当设备之间相距距离比较大时将无法保证两设备的通信质量甚至有可能无法进行连接，这种情况在有可用资源存在时将会影响整个***的通信性能。
发明内容
发明目的：本发明的目的是解决D2D用户由于相距距离较远无法直接通信的缺陷和频率浪费的问题，提供一种基于OFDM的协作中继D2D通信方法，在提升***D2D接入数量的同时也保证特殊D2D用户的通信质量。
技术方案：一种基于OFDM的协作中继D2D通信方法，远距离D2D对通过特殊D2D对进行数据中继通信，特殊D2D对复用多个资源并且作为中继设备，基于OFDM利用多个可用资源进行信号传输；将通信***帧结构划分成等长的两个时隙，在奇数时隙，特殊D2D发射机既能够发送信号也能够接收中继转发信号，在偶数时隙，特殊D2D发射机基于OFDM发送自身传输信号和转发中继转发信号。
进一步地，蜂窝用户在所有时隙正常与基站BS使用上行链路进行通信，普通直连D2D用户在所有时隙正常复用蜂窝资源通信，远距离D2D发射机在奇数时隙发送信号，在偶数时隙接收中继转发信号；充当中继的特殊D2D对在奇数时隙使用一个蜂窝资源进行正常的直连通信，使用另外可用复用资源接收中继转发信号，在偶数时隙发送自身通信信号和中继转发信号。
进一步地，远距离D2D发射机在奇数时隙，通过复用特殊D2D对可配对蜂窝资源向充当中继的特殊D2D发射机发送信息。
进一步地，充当中继的特殊D2D发射机在奇数时隙，同时使用两个蜂窝资源，在一个资源上正常通信，在另一个资源上不发送信号，只接收来自远端D2D用户的信号并进行储存以便在偶数时隙进行转发。
进一步地，充当中继的特殊D2D发射机在偶数时隙，基于OFDM同时复用两个可以配对的资源块进行信号的发送，基于OFDM分别向远距离D2D接收机和特殊D2D接收机发送信号。
进一步地，远距离D2D接收机和特殊D2D接收机在偶数时隙，接收来自充当中继的特殊D2D发射机发送的信号。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著的优点：通过选择D2D用户作为远距离D2D对的中继设备可以有效的解决因为距离限制而导致无法进行D2D通信的问题，有效的提升***D2D接入数量；通过OFDM技术可以充分的利用一个D2D复用多个蜂窝资源的情况，在保证充当中继的特殊D2D通信质量的前提下有效的提升***内频谱利用效率。
附图说明
图1是LTE***下的D2D通信链路图；
图2是一对一和多对一资源复用场景图；
图3是本发明中D2D用户充当中继的D2D通信场景图；
图4是本发明中***信息传输调度帧结构示意图；
图5为本发明中基于OFDM的协作中继D2D通信场景图；
图6为本发明中基于OFDM的协作中继D2D通信场景一般模型图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
如图3所示，将D2D对设备作为一个中继设备，充当中继的D2D对叫做特殊D2D对，可以有效的利用***内频谱资源和提升***可接入通信D2D数量。
将***帧结构划分成奇偶交替且等长的两个时隙，蜂窝用户在所有时隙正常与基站BS使用上行链路进行通信，普通直连D2D用户在所有时隙正常复用蜂窝资源通信，远距离D2D发射机在奇数时隙发送信号，在偶数时隙，远距离D2D接收机接收中继转发信号。充当中继的特殊D2D用户在奇数时隙使用一个蜂窝资源进行正常的直连通信，使用另外可用复用资源接收中继转发信号，在偶数时隙，发送信号自身通信信号和中继转发信号，如图4所示。
如图5所示，本发明提出的基于OFDM的协作中继D2D通信传输方案是针对单个小区通信场景，小区内存在多个蜂窝用户和D2D用户，蜂窝用户优先进行资源选择，然后D2D通过有效分组后再进行资源复用，在D2D对进行分组时，一个D2D对可以和多个蜂窝资源进行配对，但是在实际使用过程中规定一个D2D对只能复用一个蜂窝资源，为了提升频谱利用率提出基于OFDM的协作中继D2D通信。如图6所示，针对一个协作中继传输情况进行分析，小区内包含一个基站，一对远距离D2D对，两个D2D分组，这两个组可以同时被充当中继的特殊D2D对(D2D_1)进行复用。远距离D2D由于距离限制无法进行正常通信，充当中继的特殊D2D发射机接收远距离D2D发射机发送的信号并转发给远距离D2D接收机，同时特殊D2D对也可以进行正常的通信。图中虚线代表干扰信号。下面以***在两个时隙的数据传输为例来说明本方案的过程。
(1)奇数时隙
步骤1：在奇数时隙远距离D2D发射机通过复用特殊D2D可配对蜂窝资源向充当中继的特殊D2D发射机发送信息。如图6所示，特殊D2D对可以同时复用分组1和分组2的蜂窝资源，远距离D2D发射机任意复用其中一个资源进行数据的发送S0，特殊D2D用户复用剩余一个资源进行正常的信号传输S1。
步骤2：在奇数时隙与远距离复用同一资源特殊D2D发射机不发送信号，只接收来自远端D2D用户的信号并进行储存以便在偶数时隙进行转发。特殊D2D发送机接收来自远距离D2D发送机发送的信号S0，同时也会收到簇内其他D2D发射机发送的信号，除S0信号以外，其他信号都是干扰信号。
(2)偶数时隙
步骤4在偶数时隙充当中继的特殊D2D发射机通过OFDM技术同时复用两个可以配对的资源块进行信号的发送。通过OFDM技术分别向远距离D2D接收机和特殊D2D接收机发送信号S2和S3。通过OFDM技术，特殊D2D发射机可以同时利用分组1和分组2的蜂窝资源，利用正交资源可以互不干扰的发送信号S2和S3给两个接收机。
步骤5在偶数时隙远距离D2D接收机和特殊D2D接收机接收来自充当中继的特殊D2D发射机发送的信号。远距离D2D接收机和特殊D2D接收机在接收到有用信号S2和S3，同时也会接收到组内其他D2D用户(D2D_2和D2D_3)的通信信号，可以将这些信号看成干扰信号进行正确信号的接收。
本发明的具体实施方式中凡未涉到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。本发明反复实验验证，取得了较为满意的效果。

Claims (6)

1.一种基于OFDM的协作中继D2D通信方法，其特征在于，远距离D2D对通过特殊D2D对进行数据中继通信，所述远距离D2D对包括远距离D2D发射机和远距离D2D接收机，所述特殊D2D对包括特殊D2D发射机和特殊D2D接收机，所述特殊D2D对复用多个资源并且作为中继设备，基于OFDM利用多个可用资源进行信号传输；将通信***帧结构划分成等长的两个时隙，在奇数时隙，特殊D2D发射机既能够发送信号也能够接收中继转发信号，在偶数时隙，所述特殊D2D发射机基于OFDM发送自身传输信号和转发所述中继转发信号。
2.根据权利要求1所述的基于OFDM的协作中继D2D通信方法，其特征在于，蜂窝用户在所有时隙正常与基站BS使用上行链路进行通信，普通直连D2D用户在所有时隙正常复用蜂窝资源通信，远距离D2D发射机在所述奇数时隙发送信号，远距离D2D接收机在所述偶数时隙接收所述中继转发信号；充当中继的所述特殊D2D对在所述奇数时隙使用一个蜂窝资源进行正常的直连通信，使用另外可用复用资源接收所述中继转发信号，在所述偶数时隙发送自身通信信号和所述中继转发信号。
3.根据权利要求2所述的基于OFDM的协作中继D2D通信方法，其特征在于，所述远距离D2D发射机在所述奇数时隙，通过复用所述特殊D2D对可配对蜂窝资源向充当中继的所述特殊D2D发射机发送信息。
4.根据权利要求3所述的基于OFDM的协作中继D2D通信方法，其特征在于，充当中继的所述特殊D2D发射机在所述奇数时隙，同时使用两个蜂窝资源，在一个资源上正常通信，在另一个资源上不发送信号，只接收来自远端D2D用户的信号并进行储存以便在所述偶数时隙进行转发。
5.根据权利要求4所述的基于OFDM的协作中继D2D通信方法，其特征在于，充当中继的所述特殊D2D发射机在所述偶数时隙，基于OFDM同时复用两个可以配对的资源块进行信号的发送，基于OFDM分别向远距离D2D接收机和特殊D2D接收机发送信号。
6.根据权利要求5所述的基于OFDM的协作中继D2D通信方法，其特征在于，所述远距离D2D接收机和所述特殊D2D接收机在所述偶数时隙，接收来自充当中继的所述特殊D2D发射机发送的信号。
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