Ofdm蜂窩網(wǎng)絡(luò)中進行能量收集的d2d協(xié)作通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動通信領(lǐng)域。更具體地，涉及一種OFDM(OrthogonalFrequency DivisionMultiplexing)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中進行能量收集的D2D協(xié)作通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，移動通信技術(shù)快速發(fā)展，高速率、低能耗、低時延、個性化等業(yè)務(wù)需求為其 帶來新的挑戰(zhàn)，并促進了學(xué)術(shù)界對新興通信技術(shù)的研宄。終端直通（Device-to-Device， D2D)通信技術(shù)即是一項在未來移動通信系統(tǒng)中極具發(fā)展前景的技術(shù)。D2D通信技術(shù)可在距 離較近的終端之間直接建立通信鏈路，能夠有效降低基站負載，提升數(shù)據(jù)傳輸效率等。同 時，D2D通信作為近距離通信，發(fā)送功率低，傳輸速率高，有利于能量的有效使用。圖1示出 了蜂窩網(wǎng)絡(luò)中D2D通信的示意圖。在圖1中共有三個用戶設(shè)備（UserEquipment，UE)，其 中UE1是傳統(tǒng)蜂窩用戶設(shè)備（CellularUserEquipment，CUE)，L1和L2分別是UE1和基 站（BaseStation，BS)間的下行與上行傳輸鏈路。UE2和UE3是D2D用戶設(shè)備（D2DUser Equipment，DUE)，一般距離較近。L3是UE2與UE3之間的通信鏈路，可復(fù)用L1或L2的頻 譜資源，該復(fù)用方式可提高頻譜資源利用效率，但同時會對L1或L2鏈路上的數(shù)據(jù)傳輸造 成干擾；L3也可使用與蜂窩鏈路正交的頻譜資源，此時不會對小區(qū)原有用戶帶來額外的干 擾，但需耗費額外頻譜資源。L4與L5是基站向UE2和UE3發(fā)送的控制信息，可用于D2D通 信的頻譜資源分配、功率分配及其它調(diào)度等。
[0003] D2D通信技術(shù)在多種場景下有均有重要應(yīng)用。例如，可在兩個移動設(shè)備之間直接建 立通信鏈路，用于用戶距離較近時的語音通話、文件傳輸?shù)龋@是最基本的D2D通信方式。 若擴展成多播的D2D通信，則可用于商場中商家向周圍顧客的優(yōu)惠信息推送。若引入"簇 (cluster) "的思想，用戶可發(fā)現(xiàn)周圍有類似通信需求的設(shè)備，與其建立小型的網(wǎng)絡(luò)，可用作 聯(lián)機游戲?qū)?zhàn)或應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)。另外，也可構(gòu)建D2D協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)，用于由阻擋導(dǎo)致的直通 鏈路不能建立的情形。
[0004] 射頻信號中同時含有信息與能量，多數(shù)研宄工作只關(guān)注其中的信息部分，而能量 收集技術(shù)可將部分射頻信號轉(zhuǎn)化為可供接收機使用的能量，實現(xiàn)能量與信息的同時傳輸。 具有能量收集功能的設(shè)備除收發(fā)信息用的電路外，還含有能量收集電路，由電容、電壓倍增 器、阻抗匹配等組成，可將射頻信號中的能量轉(zhuǎn)化為直流輸出。所收集的能量可立即使用， 也可先儲存，待需要時再使用。
[0005] 接收端若要同時進行能量的收集與信息的解碼，就需要根據(jù)一定的原則在兩種模 式之間切換。常見的方法有兩種，一種為時間切換（timeswitching，TS)，即在一個傳輸周 期內(nèi)，將一定比例時間接收的信號全部轉(zhuǎn)化為能量，而在剩余時間段內(nèi)接收的信號全部用 于信息解碼；另一種稱為功率分割（powersplitting，PS)，即在一個周期內(nèi)連續(xù)地接收信 號，將其按比例分為兩部分，一部分經(jīng)由能量轉(zhuǎn)化電路轉(zhuǎn)換成能量，剩余的用于解碼以完成 信息接收。
[0006] 能量收集思想可應(yīng)用于無線感知網(wǎng)和體域網(wǎng)等能量受限的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備 通過能量收集方式獲取相互通信所需的能量，而不需安裝電池，以減小設(shè)備的體積與重量。 另外，該思想多與中繼相結(jié)合，例如，有研宄提出一種先收集再協(xié)作的協(xié)議方法，在下行鏈 路中，源結(jié)點和中繼結(jié)點均從無線訪問節(jié)點（AccessPoint，AP)中收集能量，在相應(yīng)的上行 鏈路中，中繼節(jié)點可以協(xié)助源節(jié)點傳輸上行信息。
[0007] 因此，需要提供一種OFDM蜂窩網(wǎng)絡(luò)中進行能量收集的D2D協(xié)作通信方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種OFDM蜂窩網(wǎng)絡(luò)中進行能量收集的D2D協(xié)作通信方法， 利用空閑D2D用戶作為中繼節(jié)點向蜂窩用戶轉(zhuǎn)發(fā)基站的下行信號中的信息，中繼節(jié)點在保 證蜂窩信息傳輸?shù)那疤嵯峦瑫r從基站和蜂窩用戶兩處收集信號中的能量，以作為轉(zhuǎn)發(fā)下行 信號中的信息時的收益，解決現(xiàn)有的能量收集方案中，中繼節(jié)點只從源節(jié)點或目的節(jié)點處 收集能量，由于中繼節(jié)點位置具有不確定性，其可能距能量提供源較遠，從而導(dǎo)致能量收集 效率低的問題。
[0009] 為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0010] 一種OFDM蜂窩網(wǎng)絡(luò)中進行能量收集的D2D協(xié)作通信方法，該方法包括如下步驟：
[0011] S1、在基站和與基站不能正常通信的蜂窩用戶之間選擇空閑D2D用戶作為基站和 蜂窩用戶之間通信的中繼節(jié)點；
[0012]S2、基站將待發(fā)送給蜂窩用戶的下行信號發(fā)送至中繼節(jié)點，蜂窩用戶將已知信號 發(fā)送至中繼節(jié)點，兩個發(fā)送過程使用的鏈路均為基站原本欲分配給蜂窩用戶的信道；同時， 中繼節(jié)點采用功率分割的方式接收下行信號和已知信號，分別對分出的一部分下行信號和 已知信號進行能量收集，對分出的另一部分下行信號和已知信號進行信息解碼；
[0013]S3、中繼節(jié)點利用步驟S2收集的能量將下行信號中的信息轉(zhuǎn)發(fā)至蜂窩用戶，該轉(zhuǎn) 發(fā)過程使用的鏈路復(fù)用小區(qū)中其他D2D對的信道。
[0014] 優(yōu)選地，中繼節(jié)點采用半雙工模式通信，且采用譯碼轉(zhuǎn)發(fā)的協(xié)作方式。
[0015] 優(yōu)選地，步驟S2中對分出的一部分下行信號和已知信號進行能量收集過程中繼 節(jié)點在單個傳輸周期T中所能收集的能量Eeh為：
[0016] Eeh= T i ? n ?P? (PBhBKdB廠+P"a+Ii)
[0017] 公式中，1\為單個傳輸周期T中步驟S2所占的時間長度，n為中繼節(jié)點的能量收 集電路轉(zhuǎn)換效率，P為功率分割參數(shù)，PB、P。分別為基站、蜂窩用戶的發(fā)射功率，hBK、heK分別 為基站與中繼節(jié)點之間、蜂窩用戶與中繼節(jié)點之間鏈路的小尺度衰落，dBK、分別為基站 與中繼節(jié)點之間、蜂窩用戶與中繼節(jié)點之間的鏈路長度，a為路徑損耗因子，dBI廠、draa分 別為相應(yīng)鏈路上的路徑損耗，1:是單個傳輸周期T中步驟S2所占的時間長度中信號所經(jīng)歷 的干擾，Ii=Im+I?，IB#PIa分別為其它小區(qū)使用同一信道發(fā)送信息的基站及使用同一信 道為中繼節(jié)點發(fā)送已知信號序列的蜂窩用戶對中繼節(jié)點造成的干擾。
[0018] 優(yōu)選地，步驟S2中對分出的另一部分下行信號和已知信號進行信息解碼中對分 出的另一部分下行信號進行信息解碼過程在單個傳輸周期T中的信號干擾比SIRiS:
[0019]
[0020] 公式中，PB為基站的發(fā)射功率，hBK為基站與中繼節(jié)點之間鏈路的小尺度衰落，dBK 為基站與中繼節(jié)點之間鏈路長度，a為路徑損耗因子，dBI廠為基站與中繼節(jié)點之間鏈路上 的路徑損耗，IB#PIa分別為其它小區(qū)使用同一信道發(fā)送信息的基站及使用同一信道為中 繼節(jié)點發(fā)送已知信號序列的蜂窩用戶對中繼節(jié)點造成的干擾。
[0021] 優(yōu)選地，步驟S3中中繼節(jié)點利用步驟S2收集的能量將信息轉(zhuǎn)發(fā)至蜂窩用戶過程 中繼節(jié)點在單個傳輸周期T中將信息轉(zhuǎn)發(fā)至蜂窩用戶的轉(zhuǎn)發(fā)功率PK:
[0022]
[0023] 公式中，1~2為單個傳輸周期T中步驟S3所占的時間長度。
[0024] 優(yōu)選地，其特征在