分數頻率復用蜂窩小區的d2d用戶功率控制及資源分配方法

2023-06-02 13:03:41 1

專利名稱：分數頻率復用蜂窩小區的d2d用戶功率控制及資源分配方法
技術領域：
本發明涉及通信領域,特別涉及分數頻率復用(Fractional Frequency Reuse,FFR)部署的蜂窩小區環境下對D2D(Device-to-Device)通信系統復用蜂窩上行信道資源進行功率控制以及信道資源分配方法。
背景技術：
在分數頻率復用蜂窩網絡中引入D2D (Device-to-Device)通信系統可以提高頻譜利用率，提高系統吞吐量，減少用戶能量消耗。在D2D通信系統復用蜂窩用戶信道資源情況下，D2D通信系統與蜂窩通信系統之間的相互幹擾會導致雙方通信信幹噪比(SINR)下降，從而使得雙方通信質量下降。現有文獻中給出的分數頻率復用蜂窩網絡中引入D2D通信系統的信道資源分配方法提出:當D2D用戶處於分數頻率復用蜂窩小區中心區域，則基站為D2D用戶分配相鄰小區邊緣蜂窩用戶所使用的信道資源；當D2D用戶處於分數頻率復用蜂窩小區邊緣區域時，則基站為D2D用戶分配本小區中心區域蜂窩用戶所使用的信道資源。在對現有方法進行分析後，發現文獻所提方法未涉及到D2D用戶的功率控制問題，功率控制在協調D2D系統與蜂窩通信系統之間幹擾起到很大作用；文獻所提方法未對D2D用戶可接入區與可復用資源區進行優化，在某些情況下仍可能存在較大幹擾，尤其當D2D用戶位於小區邊緣區域情況下。

發明內容
本發明提供了一種分數頻率復用蜂窩小區的D2D用戶功率控制及資源分配方法，通過該方法可以對D2D通信系統進行功率控制和信道資源分配。一種分數頻率復用蜂窩小區的D2D用戶功率控制及資源分配方法，包括:(I) D2D通信系統功率控制:根據通信信道包括基於路徑損耗的大尺度衰落和服從指數分布小尺度衰落的假定，計算蜂窩用戶的中斷概率，根據預設的蜂窩通信SINR門限Yrfh以及中斷概率門限
ε -，得到D2D用戶最高發射功率；(2)生成中心D2D用戶可接入區與可復用信道資源區:(2.1)生成中心D2D用戶可接入區與可復用信道資源:根據本小區或相鄰小區邊緣蜂窩用戶的最低發射功率，以及中心D2D用戶的SINR門限、中斷概率門限和最高發射功率，計算得到中心D2D用戶發射端到本小區基站的距離da。的取值範圍，記為集合Da。；中心D2D用戶可接入區為Acent={dac;Idac e Dac，dac;彡Rth}，Ra為分數頻率復用蜂窩小區的中心區域的半徑；中心D2D用戶可復用信道資源區為相鄰小區邊緣區域，記為Beent,即中心D2D用戶可復用信道資源為相鄰小區任意未被本小區中心D2D用戶復用的邊緣蜂窩用戶所使用的信道資源；(2.2)生成邊緣D2D用戶可接入區與可復用信道資源:根據本小區中心蜂窩用戶發射功率，以及邊緣D2D用戶的SINR門限、中斷概率門限和最高發射功率，計算得到邊緣D2D用戶發射端距離本小區基站的距離dae與可被復用蜂窩用戶距離基站的距離dk的關係式，即得到邊緣D2D用戶可接入區Aedge與可復用信道資源區Bedge的關係；用戶根據自身需求預設CU取值範圍，即邊緣D2D用戶可接入區Aedge,或者預設dk取值範圍，即邊緣D2D用戶可復用信道資源區Bedge,相應得到邊緣D2D用戶可復用信道資源區Bedge或者邊緣D2D用戶可接入區Aedge ；(3) D2D通信信道資源分配:獲取待接入D2D用戶距離本小區基站距離dd2d，判斷dd2d e (Acent U AedgJ是否成立；如判斷^ IKMKiJ，則待接入D2D用戶無法復用蜂窩用戶信道資源，系統為其分配專用的上行或者下行蜂窩信道資源；如判斷dd2d e (Acent U AedgJ，進一步判斷dd2d e Acent是否成立；判斷dd2d e Acent成立，則待接入D2D用戶屬於中心D2D用戶，為其分配Beent內未被本小區D2D用戶復用的蜂窩用戶信道資源；判斷dd2d e Aedge成立，則待接入D2D用戶屬於邊緣D2D用戶，為其分配Bedge內未被本小區D2D用戶復用的蜂窩用戶信道資源。步驟(I)中，所述根據預設的蜂窩通信SINR門限Yrth以及中斷概率門限erth，得到D2D用戶最高發射功率，具體包括:(1.1)獲取D2D用戶距離本小區基站的`距離，判斷D2D用戶是否位於分數頻率復用蜂窩小區的中心區域；(1.2)如果判斷D2D用戶位於分數頻率復用蜂窩小區的中心區域，則獲取本小區或相鄰小區邊緣蜂窩用戶的最低發射功率Pke，根據預設的蜂窩通信SINR門限Yrth以及中斷概率門限ε eth，得到D2D用戶最高發射功率Paemax ;如果判斷D2D用戶位於分數頻率復用蜂窩小區的邊緣區域，則獲取本小區中心被復用蜂窩用戶的發射功率Pk。及所處位置距離基站距離dk，根據預設的蜂窩通信SINR門限Yeth以及中斷概率門限eeth，得到D2D用戶最高發射功率Paemax。步驟(2.1)中生成中心D2D用戶可接入區具體包括獲取本小區或相鄰小區邊緣蜂窩用戶的最低發射功率，以及中心D2D用戶的SINR門限、中斷概率門限和最高發射功率，得到中心D2D通信中斷概率表達式；根據中心D2D用戶通信中斷概率小於所預設的中斷概率門限條件，計算中心D2D用戶可接入區。步驟(2.2)中生成邊緣D2D用戶可接入區具體包括獲取本小區中心蜂窩用戶發射功率，以及邊緣D2D用戶的SINR門限、中斷概率門限和最高發射功率，得到邊緣D2D用戶通信中斷概率表達式；根據邊緣D2D用戶通信中斷概率限制條件，計算得到邊緣D2D用戶可接
入區Aedge與可復用信道資源區Bedge的關係。本發明提供的分數頻率復用蜂窩小區的D2D用戶功率控制及資源分配方法為低複雜度算法；僅獲取待接入D2D發射端距離基站的距離，既可以完成D2D通信鏈路的資源分配以及功率控制；且僅需在蜂窩小區部署初始化或者用戶重新定義時執行；提高頻譜利用率；提高系統吞吐量；減少用戶能量消耗。


圖1為本發明中D2D通信系統復用分數頻率復用蜂窩用戶上行信道的功率控制與信道資源分配流程圖；圖2為本發明中生成分數頻率復用蜂窩小區的D2D用戶可接入區與可復用信道資源區流程圖；圖3為本發明中分數頻率復用蜂窩小區的D2D用戶資源分配與功率控制流程圖；圖4為本發明提供的一個實施例中蜂窩用戶的平均SINR累計分布函數；圖5為本發明提供的一個實施例中D2D用戶的平均SINR累計分布函數。
具體實施例方式本發明提供了一種為分數頻率復用蜂窩小區下的D2D通信系統進行功率控制與信道資源分配的方法，該方法如圖1所示，包括:S11、生成D2D用戶可接入區以及可復用信道資源區；S12、猶取待接入D2D用戶距尚本小區基站的距尚dd2dS13、根據SI I獲得的待接入D2D用戶發射端到本小區基站的距離dd2d判斷dd2d e (Acent U AedgJ是否成立，即待接入D2D發射端是否處於D2D用戶可接入區內；S14、S13判斷<2,在則該D2D用戶不採用復用蜂窩信道資源模式，基站為其分配該D2D用戶發射端的專用蜂窩信道資源與功率；S15、S13判斷dd2d e (Acent U AedgJ，則該D2D用戶採用復用蜂窩信道資源模式，基站為該D2D用戶分配復用的蜂窩信道資源與發射功率；其中，Sll生成D2D用戶可接入區以及可復用信道資源區具體包括:S111、獲取相鄰小區或本小區邊緣蜂窩用戶最低發射功率Pke以及所使用的信道資源信息；S112、記中心D2D用戶可接入區內某一 D2D發射端a到本小區基站的距離為dac，獲取預設的蜂窩用戶信幹噪比(SINR)門限Yeth、中斷概率門限^eth;根據D2D通信系統對被復用蜂窩通信鏈路引起的中斷概率需要小於中斷概率門限％th的條件，得到該中心D2D發射端最大發射功率；中斷概率定義為蜂窩通信鏈路接收端接收到的SINR (記為Y_t)小於預設的信幹噪比門限Y cth的概率，即已U cent ( Y cth) ( ε cth ; Y cent可表示為:
權利要求
1.一種分數頻率復用蜂窩小區的D2D用戶功率控制及資源分配方法，其特徵在於，包括: (1)D2D通信系統功率控制: 根據通信信道增益包括 基於路徑損耗的大尺度衰落和服從指數分布小尺度衰落的假定，計算蜂窩用戶的中斷概率，中斷概率定義為接收端接收信號的信幹噪比(SINR)小於某一預設門限的概率；根據預設的蜂窩通信SINR門限Yrfh以及中斷概率門限Lth，得到D2D用戶最高發射功率； (2)生成D2D用戶可接入區與可復用信道資源區: (2.1)生成中心D2D用戶可接入區與可復用信道資源: 根據本小區或相鄰小區邊緣蜂窩用戶的最低發射功率，以及中心D2D用戶的SINR門限、中斷概率門限和最高發射功率，計算得到中心D2D用戶發射端到本小區基站的距離da。的取值範圍，記為集合Da。； 中心D2D用戶可接入區為A_t = {dac I dac e Dac, dac ( RtJ，Rth為分數頻率復用蜂窩小區的中心區域的半徑； 中心D2D用戶可復用信道資源區為相鄰小區邊緣區域，記為Beent,即中心D2D用戶可復用信道資源為相鄰小區任意未被本小區D2D用戶復用的邊緣蜂窩用戶所使用的信道資源； (2.2)生成邊緣D2D用戶可接入區與可復用信道資源: 根據本小區中心蜂窩用戶發射功率，以及邊緣D2D用戶的SINR門限、中斷概率門限和最高發射功率，計算得到邊緣D2D用戶發射端到本小區基站的距離dae與可被復用蜂窩用戶距離基站的距離dk的關係式，即得到邊緣D2D用戶可接入區Aedge與可復用信道資源區Bedge的關係； 用戶根據自身需求預設CU取值範圍，即邊緣D2D用戶可接入區Aedge,或者預設dk取值範圍，即邊緣D2D用戶可復用信道資源區Bedge,相應得到邊緣D2D用戶可復用信道資源區Bedge或者邊緣D2D用戶可接入區Aedge ； (3)D2D通信信道資源分配: 獲取待接入D2D用戶距離本小區基站距離dd2d，判斷dd2d e (Acent U AedgJ是否成立；如判斷Acent U AedgJ則待接入D2D用戶無法復用蜂窩用戶信道資源，系統為其分配專用上行或下行蜂窩信道資源與功率；如判斷dd2d e (Acent U AedgJ，進一步判斷dd2d e Acent是否成立；判斷dd2d e Acent成立，則待接入D2D用戶屬於中心D2D用戶，為其分配Beent內未被本小區D2D用戶復用的蜂窩用戶信道資源；判斷dd2d e Aedge成立，則待接入D2D用戶屬於邊緣D2D用戶，為其分配Bedge內未被本小區D2D用戶復用的蜂窩用戶信道資源。
2.根據權利要求1所述的分數頻率復用蜂窩小區的D2D用戶功率控制及資源分配方法，其特徵在於，步驟(1)中，所述根據預設的蜂窩通信SINR門限Yrfh以及中斷概率門限ε cth,得到D2D最高發射功率，具體包括: (1.1)獲取D2D用戶距離本小區基站的距離，判斷D2D用戶是否位於分數頻率復用蜂窩小區的中心區域； (1.2)如果判斷D2D用戶位於分數頻率復用蜂窩小區的中心區域，則獲取本小區或相鄰小區邊緣蜂窩用戶的最低發射功率Pke，根據預設的蜂窩通信SINR門限Yrth以及中斷概率門限ε ，得到D2D用戶最高發射功率Paanax ;如果判斷D2D用戶位於分數頻率復用蜂窩小區的邊緣區域，則獲取本小區中心被復用蜂窩用戶的發射功率Pk。及所處位置距離基站距離dk，根據預設的蜂窩通信SINR門限Yeth以及中斷概率門限^eth，得到D2D用戶最高發射功率Paemax。
3.根據權利要求2所述的分數頻率復用蜂窩小區的D2D用戶功率控制及資源分配方法，其特徵在於，步驟(2.1)中生成中心D2D用戶可接入區具體包括: (1.D獲取本小區或相鄰小區邊緣蜂窩用戶的最低發射功率，以及中心D2D用戶的SINR門限、中斷概率門限和最高發射功率，計算得到中心D2D用戶通信中斷概率表達式； (1.2)根據中心D2D用戶通信中斷概率小於所預設的中斷概率門限條件，計算得到中心D2D用戶可接入區。
4.根據權利要求3所述的分數頻率復用蜂窩小區的D2D用戶功率控制及資源分配方法，其特徵在於，步驟(2.2)中生成邊緣D2D用戶可接入區具體包括: (1.D獲取本小區中心蜂窩用戶發射功率，以及邊緣D2D用戶的SINR門限、中斷概率門限和最高發射功率，計算得到邊緣D2D通信中斷概率表達式； (1.2)根據邊緣D2D用戶通信中斷概率限制條件，計算得到邊緣D2D用戶可接入區Aedge與可復用信道資源區 Bedge的關係。
全文摘要
本發明公開了一種分數頻率復用蜂窩小區中的D2D通信系統復用蜂窩上行信道資源的功率控制及信道資源分配方法，包括「FFR蜂窩小區內的D2D通信信道資源分配」和「FFR蜂窩小區內的D2D通信系統功率控制」。FFR蜂窩小區內的D2D通信信道資源分配包括獲取D2D通信雙方相互距離以及蜂窩用戶發射功率；得到可接入D2D用戶所處區域，即D2D用戶可接入區；得到被復用蜂窩所處區域，即可復用信道資源區。FFR蜂窩小區內的D2D通信系統功率控制包括判斷D2D用戶所處D2D用戶可接入區；判斷D2D用戶可復用信道資源區；獲取可復用信道資源區內被復用蜂窩用戶所處位置發射功率；得到D2D用戶發射功率。
文檔編號H04W72/04GK103079260SQ20121058677
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者餘官定, 鮑鵬程, 鍾財軍, 殷銳, 徐豔芳 申請人:浙江大學