[发明专利]一种基于D2D和上行NOMA的两用户通信方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更具体地，涉及一种基于D2D和上行NOMA的两用户通信方法。

背景技术

传统的上行OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交频分多址)通信中，用户通常占用正交的互不重叠的频谱资源以获得更高的传输速率，进而满足用户较高的服务质量需求。随着多媒体服务业务的快速发展，用户可能随时随地需要向服务基站上传视频、音频等大文件数据，导致通信能耗呈指数性增长。特别是当距离服务基站较远的情况下，为完成大量数据上行传输，用户通常需要提高发射功率，这进一步加剧了用户的能量消耗。但是由于传输距离较大，大量的能量被消耗在传输过程中，并不能提升用户的上行传输速率。为了克服这种由于较大传输距离带来的巨大能量浪费，现行网络需要融合其他无线通信技术来提高整个通信系统的能效。D2D(Device-to-Device，设备到设备)通信技术是一种能有效提升系统能效的直连通信技术。远距离用户通过D2D通信方式将自己的数据直接传输给近距离用户可显著降低能量消耗。同时作为中继的用户则使用系统分配给两个用户的总频谱资源通过上行NOMA(Non-orthogonal Multiple Access，非正交多址)方式将两个用户的数据传输给基站。该种方案通过给中继用户分配更多的带宽来弥补其协作传输其他用户数据带来的功率消耗，符合高能效系统传输的原则。

因此，在现行通信网络中，根据用户与基站的距离，选择性地采用结合D2D技术的上行NOMA通信方法可有效提高系统的能耗，符合为了绿色通信的发展理念。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于D2D和上行NOMA的两用户通信方法。该方法适用于两个用户相距较近的上行通信场景。其目的在于保证系统频谱效率不变的情况下，提升上行通信系统能效。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于D2D和上行NOMA的两用户通信方法，包括如下步骤：

(1)系统初始化，基站首先更新当前网络的相关信息，具体包括系统分配给两个用户的总频谱资源WMHz，用户1与基站之间的距离d₁、用户2基站之间的距离d₂和两个用户之间的距离d₀；获取用户信息，具体包括用户1需要传输的数据量D₁和用户2需要传输的数据量；

(2)用户i和用户j需要在通信时长T内完成各自的数据传输，那么若距离上满足d_i＞d_j＞d₀且d_j+d₀＞d_i,i≠j,i,j∈{1,2}，则用户i在通信时长T内使用全部频谱资源将数据量D_i通过D2D通信方式传输给用户j；

(3)用户j工作在FD(Full-Duplex，全双工)模式，在通信时长T内使用全部频谱资源通过NOMA方式将接收到的用户i数据D_i和自己的数据D_j上传给基站；

其中本发明中将远距离用户数据作为强用户数据，基站在接收到叠加信号后执行SIC(successive interference cancellation，连续干扰消除)，首先解码强用户i的数据，然后再解码用户j的数据；

优选地，上述的结合D2D技术的上行NOMA高能效通信方法，其特征在于，所述步骤(2)中用户i在通信时长T内将自己的全部数据通过D2D方式传输给用户j，相应的发射功率为：

其中α表示的是路径损耗因子，N_D2D表示的是D2D通信阶段引入的热噪声功率。

优选地，上述一种基于D2D和上行NOMA的两用户通信方法，其特征在于，所述步骤(3)中包含如下子步骤：

(3.1)用户j在通信时长T内使用全部频谱资源通过NOMA方式通过将数据量D_i和D_j同时上传给基站，基站端接收到的混合信号如下式所示：