[发明专利]嵌入D2D的蜂窝网络中基于全双工中继的功率控制方法

说明书

一种D2D蜂窝网络中基于时域半双工中继的功率控制方法，适用于无线通信技术领域中使用。包括采用点对多点拓扑结构蜂窝网发射的基站B和蜂窝网接收端C、作为蜂窝通信中继的D2D发射端R和D2D接收终端E，其使用D2D发射端作为基站B和接收端C之间蜂窝通信的中继器，对蜂窝通信和D2D通信进行联合功率控制，使用全双工无线中继技术实现蜂窝通信和D2D通信的正交信道频谱复用，在满足蜂窝通信最小数据吞吐量的同时，最大化D2D通信的吞吐量，从而兼顾了系统整体性能和用户的个体性能，在系统层面和用户层面达到良好的平衡。

技术领域

本发明涉及一种全双工中继的功率控制方法，尤其适用于一种无线通信技术领域中使用的嵌入D2D的蜂窝网络中基于全双工中继的功率控制方法。

背景技术

随着宽带移动多媒体业务量的不断增加，提高蜂窝网络的用户容量、覆盖范围以及服务质量成为无线移动通信亟待解决的重要课题。D2D通信技术是移动通信标准化组织3GPP-LTE近年来关注和研究的一种全新的无线通信技术。D2D通信是指：在不影响其他蜂窝用户和D2D用户数据传输的前提下，地理位置较近的用户终端可以不通过基站中转而建立直接通信链路进行数据传输。其应用优势包括：D2D通信可以复用蜂窝通信的工作频段，充分利用稀缺的无线频谱资源；近距离D2D通信使用较低的传输能耗就能获得较高的数据吞吐量和较低的数据传输时延；由于用户终端分布广泛且数量较多，D2D通信可以扩大蜂窝小区的覆盖范围。

在嵌入D2D的蜂窝网络中，用户终端可以自主选用三种通信模式：

1)蜂窝通信模式：在该模式下，用户终端借助基站中转实现数据传输；

2)基于共信道传输的D2D通信模式：在该模式下，D2D通信与蜂窝通信使用相同的时频信道进行数据传输；

3)基于正交信道传输的D2D通信模式：在该模式下，D2D通信与蜂窝通信使用正交的时频信道进行数据传输。

共信道D2D通信模式虽然可以提高无线频谱资源的利用效率，但是D2D通信和蜂窝通信之间会存在较为严重的相互干扰。发射功率控制作为一种有效的干扰管理机制，可以将上述干扰控制在可接受范围内。各国学者针对嵌入D2D的蜂窝网络提出了多种功率控制方案，主要分为以下两种方式实现：

1)集中式控制：由基站负责对D2D通信和蜂窝通信的同步、功率控制等进行统一管理；

2)分布式控制：D2D终端需要实时测量、评价网络的干扰状况，对其发射功率和传输同步进行本地控制。

由于集中式控制易于实现，本专利设计的共信道D2D通信模式功率控制方案采用集中式控制方式实现。

近年来，无线中继作为一种新的抗无线信道多径衰落技术，已被广泛用于提高蜂窝网络的数据吞吐量，延伸蜂窝小区的覆盖范围，以及增强小区边缘用户的服务体验。无线中继技术通过单跳无线链路中加入中继节点，将处于深度衰落的单跳数据链路分裂成两跳的高质量数据链路，从而获得前述网络性能提升。中继技术可以分为以下两类：

1)半双工中继：中继节点安装一支天线，接收数据和中继转发数据需要占用两个正交时隙，因此，频谱利用效率为1/2；

2)全双工中继：中继节点安装两支发射天线，可以在同一信道上并发接收数据和中继转发数据，因此，频谱利用效率为1；

在上述应用和研究背景下，利用无线中继实现蜂窝

网络中的D2D通信已经被国内外学者广泛关注，并已经提出了以下解决方案：