一種基于虛擬分區(qū)的跨小區(qū)d2d資源分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于虛擬分區(qū)的跨小區(qū)D2D資源分配方法。首先，我們?yōu)镈2D接收端劃定干擾限制區(qū)域，限制了D2D復(fù)用干擾限制區(qū)域內(nèi)蜂窩用戶的資源；其次，我們提出了一種新穎的基于虛擬分區(qū)的D2D資源分配方法，給分配相同資源的用戶之間建立較大的空間分離；最后，通過(guò)比較D2D接收端的中斷概率，從可復(fù)用資源塊集合中選擇最佳的蜂窩用戶來(lái)與D2D用戶共享資源。實(shí)施本發(fā)明，能達(dá)到控制蜂窩用戶與D2D用戶之間的干擾，保證跨小區(qū)D2D通信鏈路可靠性的目的，且能有效地控制算法的復(fù)雜度。
【專利說(shuō)明】
-種基于虛擬分區(qū)的跨小區(qū)D2D資源分配方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于虛擬分區(qū)的跨小區(qū)D2D (Device-to-Device)資源分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 就目前而言，隨著數(shù)據(jù)量的爆炸性出現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)，智能手機(jī)，云計(jì)算等新技術(shù)有了 極大的發(fā)展，然而，由于無(wú)線頻譜資源的緊缺，分配的帶寬已滿足不了無(wú)線通信發(fā)展的需 求。D2D通信技術(shù)能有效緩解頻譜資源的緊張現(xiàn)狀，降低基站的負(fù)載，降低端到端的時(shí)延，提 高頻譜資源利用率。D2D通信多采用復(fù)用蜂窩用戶資源的方式，達(dá)到節(jié)省頻譜資源，提高頻 譜利用率的目的。然而，運(yùn)也必然會(huì)引起D2D通信和蜂窩通信之間相互的干擾。因此，現(xiàn)有的 研究多討論在復(fù)用模式下如何進(jìn)行資源分配，但仍具有如下缺點(diǎn)：
[0003] 現(xiàn)有文獻(xiàn)多是針對(duì)單小區(qū)內(nèi)的干擾協(xié)調(diào)問(wèn)題進(jìn)行研究，極少考慮多小區(qū)場(chǎng)景下的 D2的昆合網(wǎng)絡(luò)，特別是對(duì)多小區(qū)中的跨小區(qū)D2D通信鏈路進(jìn)行干擾分析的研究甚少。
[0004] 為優(yōu)先保證蜂窩用戶的通信質(zhì)量，現(xiàn)如今已經(jīng)有大量文獻(xiàn)針對(duì)D2D用戶對(duì)蜂窩用 戶的干擾作出了研究。然而，在保證蜂窩用戶的傳輸?shù)那疤嵯?，我們常常忽視了保證D2D通 信的可靠性。
[0005] 現(xiàn)有多采用基于信道和基于距離的D2D資源分配方法。基于信道的資源分配方案， 基站需要知道系統(tǒng)中所有相關(guān)連接的完整的信道狀態(tài)信息CSI，運(yùn)種方法雖然有一定成效， 但無(wú)疑增加了基站的負(fù)載，且增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度;而基于用戶距離的D2D資源分配方案不 能充分評(píng)估無(wú)線鏈路質(zhì)量的損害，如陰影效應(yīng)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于虛擬分區(qū)的跨小區(qū)D2D資源分配方法，該 法能有效地控制算法的復(fù)雜度，且達(dá)到控制蜂窩用戶與D2D用戶之間的干擾，保證跨小區(qū) D2D通信鏈路可靠性的目的。
[0007] 本發(fā)明通過(guò)W下技術(shù)手段解決上述技術(shù)問(wèn)題：
[000引根據(jù)D2D鏈路的信噪比和干噪比，確定D2D接收端干擾限制區(qū)域的覆蓋半徑；
[0009] 根據(jù)基于定角和基于用戶密度的方法，對(duì)小區(qū)進(jìn)行虛擬分區(qū)，確定D2D鏈路可復(fù)用 的資源塊集合；
[0010] 對(duì)于可復(fù)用資源塊集合對(duì)應(yīng)的蜂窩用戶，我們通過(guò)比較D2D接收端的中斷概率，確 定最佳的蜂窩用戶與D2D用戶共享資源。
[0011] 作為一種可選的實(shí)施方式，所述D2D接收端干擾限制區(qū)域的覆蓋半徑化-RX可W表 示為：
[0012]
( I )
[OOU] 其中，丫 dmin是D2D鏈路的信噪比口限值，Pdmax和Pcmax分別是D2D鏈路和蜂窩用戶使 用最大發(fā)射功率，PLo是路徑損耗常數(shù)，αι是基站到D2D接收端鏈路的路徑損耗指數(shù)。
[0014] 作為另一種可選的實(shí)施方式，所述確定D2D鏈路可復(fù)用的資源塊集合，具體包括：
[0015] 假設(shè)對(duì)小區(qū)進(jìn)行虛擬分區(qū)的子區(qū)域數(shù)目為定值η，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)分布的蜂窩用戶 數(shù)為Ν。所述基于定角的方法是將小區(qū)分割成同等角度大小的η個(gè)子區(qū)域，由η決定了每個(gè)子 區(qū)域的固定角度值;所述基于用戶密度的方法是使每個(gè)子區(qū)域擁有相同數(shù)目的蜂窩用戶k， 良Pk = N/n，由k決定了每個(gè)子區(qū)域的角度值。
[0016] 作為另一種可選的實(shí)施方式，所述方法還包括：
[0017] 假設(shè)分區(qū)后得到的一對(duì)虛擬區(qū)域由其參考區(qū)域和其相對(duì)區(qū)域組成。參考區(qū)域即 D2D用戶所在區(qū)域，相對(duì)區(qū)域即位于參考區(qū)域垂直方向的相對(duì)應(yīng)區(qū)域，貝化2D選擇復(fù)用其相 對(duì)區(qū)域中的蜂窩用戶的資源；
[0018] 如果相對(duì)區(qū)域中不存在蜂窩用戶或求得可復(fù)用的資源塊集合的交集為空集，D2D 鏈路則尋找與相對(duì)區(qū)域相鄰的其他子區(qū)域的蜂窩用戶，并復(fù)用其相應(yīng)的資源;經(jīng)過(guò)W上步 驟，如果用于資源復(fù)用的蜂窩用戶被找到，則停止尋找；否則，繼續(xù)尋找小區(qū)中的其他子區(qū) 域，但不包括D2D鏈路所在參考區(qū)域。
[0019] 作為另一種可選的實(shí)施方式，所述確定最佳的蜂窩用戶與D2D用戶共享資源，具體 包括：
[0020] 假設(shè)D2D對(duì)復(fù)用蜂窩用戶CUEi，則所述D2D接收端的中斷概率可W表示為：
[0021]
C II )
[002^ 其中，丫 d和分別是D2D接收端和被復(fù)用OJEi的信噪比，0i是二者間的夾角，丫 0是 D2D接收端最低的信噪比要求和分別是D2D接收端的信噪比的概率分布函數(shù)和累積 分布函數(shù)。則所述最佳蜂窩用戶CUEi可W由下式得到：
[0026] 其中，η是D2D接收端的接收功率，氣是被復(fù)用的蜂窩用戶CUEi的傳輸功率是 OJEi至化2D接收端的距離，α是路損系數(shù)。
[0027] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明通過(guò)一種新穎的虛擬分區(qū)的方法對(duì)多小區(qū)中的跨小區(qū) D2D通信鏈路進(jìn)行合理的資源分配，能夠有效地控制算法的復(fù)雜度，且達(dá)到有效控制蜂窩用 戶與跨小區(qū)D2D用戶對(duì)之間的干擾，保證跨小區(qū)D2D通信鏈路的可靠性的目的。
【附圖說(shuō)明】
[002引圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)模型示意圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明的的流程示意圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明公開(kāi)的一種基于定角的虛擬分區(qū)方法的場(chǎng)景示意圖；
[0031] 圖4為本發(fā)明公開(kāi)的一種基于用戶密度的虛擬分區(qū)方法的場(chǎng)景示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] W下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0033] 如圖1所示：假設(shè)有兩個(gè)相鄰小區(qū)，每個(gè)小區(qū)有一個(gè)基站，N個(gè)隨機(jī)分布的蜂窩用 戶，另外還有一對(duì)跨小區(qū)D2D通信鏈路。我們?cè)O(shè)本小區(qū)為區(qū)域1，資源塊集合為A，鄰小區(qū)為區(qū) 域2,資源塊集合為B，且兩個(gè)小區(qū)的資源是完全相同的。假設(shè)一個(gè)蜂窩用戶占用一個(gè)正交的 資源，且D2D鏈路只能復(fù)用一個(gè)蜂窩用戶的資源。復(fù)用上行鏈路時(shí)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)與D2D網(wǎng)絡(luò)組成 的混合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的干擾包括D2D發(fā)射端對(duì)基站的干擾和蜂窩用戶對(duì)D2D接收端的干擾。由 于跨小區(qū)D2D用戶位于小區(qū)邊緣，距離基站相對(duì)較遠(yuǎn)，且D2D用戶的發(fā)射功率相比于蜂窩用 戶來(lái)說(shuō)小得多，因此D2D發(fā)射端對(duì)基站的干擾相對(duì)較小。在不?？诳紤]D2D發(fā)射端對(duì)基站的 干擾時(shí)，可W通過(guò)合理控制D2D發(fā)射端的發(fā)射功率來(lái)控制對(duì)基站的干擾，因此本發(fā)明主要考 慮的是通過(guò)一種基于虛擬分區(qū)的資源分配方法確定最佳的蜂窩用戶與D2D用戶共享資源， 從而有效控制蜂窩用戶對(duì)D2D接收端的干擾。
[0034] 基于圖1的系統(tǒng)模型，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于虛擬分區(qū)的跨小區(qū)D2D資源分配方 法。如圖2所示，基于虛擬分區(qū)的跨小區(qū)D2D資源分配方法可W包括W下步驟：
[0035] 201、判定蜂窩用戶是否處于干擾限制區(qū)域之外。如果在限制區(qū)域之外，則可復(fù)用 其蜂窩用戶的資源;反之，則不能被復(fù)用。
[0036] 具體如下：
[0037] 1)為保證D2D的正常通信，D2D鏈路的信噪比丫 d應(yīng)該大于口限值丫 dmin:
[00 測(cè)
（1)
[0039] 由（1)可得D2D接收端的干噪比口限值也：
[0040]
巧）
[0041] 2)假設(shè)D2D的接收端正處于干擾最嚴(yán)重的情況，即所有使用相同上行資源的蜂窩 用戶都位于半徑為Rd-rx的圓周上。此時(shí)D2D接收端的干擾應(yīng)滿足：
[00 創(chuàng)
（3)
[0043] 其中，I"ax是蜂窩用戶對(duì)D2D接收端的最大干擾，蜂窩用戶使用最大發(fā)射功率Pcmax， 則icmax可W表示為：
[0044]
(4)
[0045] 其中αι是基站到D2D接收端鏈路的路徑損耗指數(shù)，PLo是路徑損耗常數(shù)。
[0046] 3)把(2)(4)代入(3)得：
[0047]
(5)
[004引根據(jù)化-RX劃定干擾限制區(qū)域，該干擾限制區(qū)域內(nèi)的資源塊集合為D，設(shè)在區(qū)域1中 與D中相同的資源塊集合為C。則在區(qū)域1中D2D用戶可復(fù)用的資源塊集合為A-C，在區(qū)域2中 D2D用戶可復(fù)用的資源塊集合為B-D。
[0049] 202、根據(jù)基于定角和基于用戶密度的方法，對(duì)小區(qū)進(jìn)行虛擬分區(qū)，確定所述D2D鏈 路可復(fù)用的資源塊集合。假設(shè)對(duì)小區(qū)進(jìn)行虛擬分區(qū)的子區(qū)域數(shù)目為定值n = 6,且每個(gè)小區(qū) 隨機(jī)分布的蜂窩用戶N=30。
[(K)加]具體如下：
[0051] 1)基于定角：如圖3所示，小區(qū)被分割成同等大小的6個(gè)區(qū)域，被分割的小區(qū)的子區(qū) 域數(shù)目n = 6決定了每個(gè)子區(qū)域占60°。該法優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)單，但可能會(huì)導(dǎo)致某些區(qū)域里 不存在或者存在過(guò)多的資源，因而不利于D2D的資源分配。
[0052] 2)基于用戶密度:如圖4所示，同樣地，小區(qū)需被分割成6個(gè)子區(qū)域。所述基于用戶 密度的方法是使每個(gè)子區(qū)域擁有相同數(shù)目的蜂窩用戶，即每個(gè)子區(qū)域擁有5個(gè)蜂窩用戶，由 該小區(qū)的子區(qū)域蜂窩用戶數(shù)決定了每個(gè)小區(qū)的角度值。
[0053] 3)假設(shè)分區(qū)后得到的一對(duì)虛擬區(qū)域由其參考區(qū)域和其相對(duì)區(qū)域組成。參考區(qū)域即 D2D用戶所在區(qū)域，相對(duì)區(qū)域即位于參考區(qū)域垂直方向的相對(duì)應(yīng)區(qū)域。對(duì)小區(qū)進(jìn)行虛擬分區(qū) 后，D2D對(duì)復(fù)用其相對(duì)區(qū)域中的蜂窩用戶的資源。如圖4所示，針對(duì)多小區(qū)，存在兩個(gè)相對(duì)區(qū) 域S4和S1日，設(shè)該兩個(gè)區(qū)域的資源塊集合分別為E和F。則區(qū)域1中D2D用戶可復(fù)用的資源塊集 合Ωι=(Α-〇ΠΕ。區(qū)域2中D2D用戶可復(fù)用的資源塊集合為Ω 2 = (B-D) η F，則該跨小區(qū)D2D 用戶可復(fù)用的資源塊集合Ω = ΩιΠ Ω2。
[0054] 4)如果相對(duì)區(qū)域中不存在蜂窩用戶或求得可復(fù)用的資源塊集合Ω為空集，D2D對(duì) 則尋找與相對(duì)區(qū)域相鄰的其他子區(qū)域的蜂窩用戶，并復(fù)用其資源。經(jīng)過(guò)W上步驟，如果用于 資源復(fù)用的蜂窩用戶被找到，則停止尋找；否則，繼續(xù)尋找小區(qū)中的其他子區(qū)域，但不包括 D2D對(duì)所在參考區(qū)域。
[0055] 203、對(duì)于可復(fù)用資源塊集合中對(duì)應(yīng)的蜂窩用戶，我們通過(guò)比較D2D接收端的中斷 概率，確定最佳的蜂窩用戶與D2D用戶來(lái)共享資源。
[0化6] 具體如下：
[0057]假設(shè)D2D對(duì)復(fù)用蜂窩用戶CUEi，貝化2D接收端的中斷概率可W表示為：
[0化引
[0化9] 其中，丫 d和分別是D2D接收端和被復(fù)用CUEi的信噪比，目i是二者間的夾角，丫 0是 D2D接收端最低的信噪比要求。和巧。，分別是D2D接收端的信噪比的概率分布函數(shù) (probability distribution function, PDF)和累積分布函數(shù)（cumulative distribution function,CDF)。
[0060]令Pd是D2D鏈路的傳輸功率，P是D2D發(fā)射端和接收端之間的距離，貝化2D接收端的 接收功率為n = PdP^a是路損系數(shù)。則丫河表示為：
[0061 ]
(7)
[0062] 其中，}1〇和\分別是D2D發(fā)送端和被復(fù)用蜂窩用戶CUEi到D2D接收端的衰落系數(shù)。 CUEi的傳輸功率為巧，N〇是高斯白噪聲。4^是(：肥1至化2D接收端的距離可W表示為：
[0063]
C8)
[0064] 考慮到目標(biāo)信噪比功率控制機(jī)制(TSPC)，貝化肥i的上行傳輸功率采用特定的信噪 比值ε:
[0065]
(巧）
[0066] 其中，'<1和^分別是D2D接收端和CUEi到基站的距離，θι是二者間的夾角。
[0067] 當(dāng)I hD I哺|\|2服從獨(dú)立的指數(shù)分布時(shí)，則丫 d的累積分布函數(shù)可W表示為：
[0068]
( 10 )
[0069]如果η> >N日丫日，根據(jù)一階泰勒級(jí)數(shù)可得：
[0072]當(dāng)D2D通信欲建立時(shí)，他們會(huì)把運(yùn)一請(qǐng)求通知基站，基站將從上述過(guò)程中求得的可 復(fù)用蜂窩用戶集合中找到最佳的蜂窩用戶a'f,;，所選最佳蜂窩用戶滿足：
[007；3]
(巧）
[0074] 也就是選擇使D2D接收端的中斷概率最低的蜂窩用戶的資源進(jìn)行復(fù)用，從而有效 緩解蜂窩用戶對(duì)D2D接收端造成的干擾，保證D2D通信鏈路的可靠性。
[0075] W上實(shí)施例僅用W說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā) 明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可W對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改 或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求 范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于虛擬分區(qū)的D2D資源分配方法，其特征在于： 根據(jù)D2D鏈路的信噪比和干噪比，確定D2D接收端干擾限制區(qū)域的覆蓋半徑； 根據(jù)基于定角和基于用戶密度的方法，對(duì)小區(qū)進(jìn)行虛擬分區(qū)，確定D2D鏈路可復(fù)用的資 源塊集合； 對(duì)于可復(fù)用資源塊集合對(duì)應(yīng)的蜂窩用戶，我們通過(guò)比較D2D接收端的中斷概率，確定最 佳的蜂窩用戶與D2D用戶共享資源。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬分區(qū)的D2D資源分配方法，其特征在于，所述D2D 接收端干擾限制區(qū)域的覆蓋半徑的計(jì)算方法為：(I ) 其中，γ dmin是D2D鏈路的信噪比門(mén)限值，Pdmax和Pcmax分別是D2D鏈路和蜂窩用戶使用的 最大發(fā)射功率，PLo是路徑損耗常數(shù)，<^是基站到D2D接收端鏈路的路徑損耗指數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬分區(qū)的D2D資源分配方法，其特征在于，所述確 定D2D鏈路可復(fù)用的資源塊集合，具體包括： 假設(shè)對(duì)小區(qū)進(jìn)行虛擬分區(qū)的子區(qū)域數(shù)目為定值n，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)分布的蜂窩用戶數(shù)為 N，所述基于定角的方法是將小區(qū)分割成同等角度大小的η個(gè)子區(qū)域，由η決定了每個(gè)子區(qū)域 的固定角度值； 所述基于用戶密度的方法是使每個(gè)子區(qū)域擁有相同數(shù)目的蜂窩用戶k，即k = N/n，由k 決定了每個(gè)子區(qū)域的角度值。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于虛擬分區(qū)的D2D資源分配方法，其特征在于，所述確 定D2D鏈路可復(fù)用的資源塊集合，還包括： 假設(shè)分區(qū)后得到的一對(duì)虛擬區(qū)域由參考區(qū)域和其相對(duì)區(qū)域組成，參考區(qū)域即D2D用戶 所在區(qū)域，相對(duì)區(qū)域即位于參考區(qū)域垂直方向的相對(duì)應(yīng)區(qū)域，D2D鏈路選擇復(fù)用其相對(duì)區(qū)域 中的蜂窩用戶的資源； 如果相對(duì)區(qū)域中不存在蜂窩用戶或求得可復(fù)用的資源塊集合的交集為空集，D2D鏈路 則尋找與相對(duì)區(qū)域相鄰的其他子區(qū)域的蜂窩用戶，并復(fù)用相應(yīng)的資源，經(jīng)過(guò)以上步驟，如果 用于資源復(fù)用的蜂窩用戶被找到，則停止尋找；否則，繼續(xù)尋找小區(qū)中的其他子區(qū)域，但不 包括D2D鏈路所在參考區(qū)域。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬分區(qū)的D2D資源分配方法，其特征在于，所述確 定最佳的蜂窩用戶與D2D用戶共享資源，具體包括： 假設(shè)D2D對(duì)復(fù)用蜂窩用戶CUEi，則所述D2D接收端的中斷概率可以表示為：其中，γ <!和化.分別是D2D接收端和被復(fù)用⑶Ei的信噪比，是二者間的夾角，γ 〇是D2D 接收端最低的信噪比要求；t和分別是D2D接收端的信噪比的概率分布函數(shù) (probability distribution function，PDF)和累積分布函數(shù)（cumulative distribution function,CDF)，0i是二者間的夾角； 則最佳蜂窩用戶〇^1可以由下式確定： (III) 其中，計(jì)算可以由如下公式獲得：(IV) 其中，η是D2D接收端的接收功率，&是被復(fù)用的蜂窩用戶CUEi的傳輸功率，是CUEi到 D2D接收端的距離，α是路損系數(shù)。
【文檔編號(hào)】H04W72/08GK105873222SQ201610328846
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日
【發(fā)明人】楊豐瑞, 莊園, 冉玉釗, 董宏成
【申請(qǐng)人】重慶信科設(shè)計(jì)有限公司