阅读说明：本技术 一种基于下行链路干扰抑制区的通信模式选择实现方法 (Communication mode selection realization method based on downlink interference suppression zone ) 是由 张晶 刘金鑫 马维鑫 姜鸿强 于 2020-02-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于下行链路干扰抑制区的通信模式选择实现方法,考虑在单小区场景中,D2D用户复用蜂窝用户的下行链路。首先根据预设的阈值,推导出下行链路干扰抑制区(DILA)的范围,然后基于下行链路干扰抑制区和D2D通信范围制定模式选择的标准,最后依据标准来进行模式选择,解决了目前D2D用户性能不足的问题。在通信模型中定义了下行干扰抑制区。这在保证蜂窝通信性能的前提下,有效抑制了因用户复用蜂窝通信而产生的基站对D2D接收机的干扰。基于下行干扰抑制区和D2D通信范围,制定了一种新的通信模式选择策略。该过程实现了用户的无缝通信模式切换,保证通信的质量要求。(The invention provides a method for realizing communication mode selection based on a downlink interference suppression area, which considers that D2D users reuse the downlink of cellular users in a single-cell scene. Firstly, deducing the range of a downlink interference suppression area (DILA) according to a preset threshold value, then formulating a mode selection standard based on the downlink interference suppression area and a D2D communication range, and finally selecting the mode according to the standard, thereby solving the problem of insufficient performance of the current D2D user. A downlink interference suppression zone is defined in the communication model. On the premise of ensuring the cellular communication performance, the interference of the base station to the D2D receiver, which is generated by multiplexing cellular communication by users, is effectively inhibited. Based on the downlink interference suppression area and the D2D communication range, a new communication mode selection strategy is established. The process realizes the seamless communication mode switching of the user and ensures the quality requirement of communication.)

一种基于下行链路干扰抑制区的通信模式选择实现方法

技术领域

本发明涉及D2D通信中的干扰管理领域，尤其涉及一种基于下行链路干扰抑制区的通信模式选择实现方法。

背景技术

D2D(device to device)技术是指通信网络中近邻设备之间直接交换信息的技术。D2D通信通过overlay或者underlay的方式复用蜂窝用户上行或下行资源，可以降低通信系统核心网络的数据压力，大大提升频谱利用率和吞吐量，扩大网络容量，保证通信网络能更为灵活、智能、高效地运行，为大规模网络的零延迟通信、移动终端的海量接入及大数据传输开辟了新的途径。随之而来的是通信模式选择问题和干扰问题。所以如何高效地选择通信模式、协调干扰，成为提升网络性能的关键。所涉及的D2D发现技术，其使设备能够发现邻近的潜在候选者并与它们建立直接连接。为了完成该任务，设备在它们之间共享信标信号以收集诸如设备位置/距离，信道状态和设备ID等的信息。设备使用该信息来评估彼此分组成对的可行性。

对于底衬于蜂窝网底层的D2D通信而言，首要问题是寻求一种有效的干扰协调，在防止D2D通信对蜂窝通信产生有害的干扰的前提下，提升D2D系统的吞吐量，或者保证D2D通信的可靠性。H.Takshi,G.

H.Arslan等人提出一种基于遗传算法的功率分配和资源分配联合优化的方法以最大化网络的频谱效率。G.Yu,L.Xu,D.Feng,R.Yin,G.Y.Li，Y.Jiang等人提出D2D通信三种交互模式：蜂窝模式、专用模式、重用模式。从而提出一种模式选择，信道分配，功率控制的联合优化，以最大化频谱效率。M.Zulhasnine,C.Huang，A.Srinivasan等人提出一种贪婪启发式算法，减少D2D通信对主蜂窝网的干扰。F.Wang,C.Xu,L.Song,Q.Zhao,X.Wang，Z.Han等人利用博弈论，提出一种资源拍卖算法，以迭代的方式优化功率，分配信道资源，以此最大化电池使用寿命。X.Xu,Y.Zhang,Z.Sun,Y.Hong，X.Tao等人考虑D2D复用蜂窝网下行链路资源，D2D移动场景下的D2D模式切换，并推导出D2D通信范围可以由不同半径的偏置圆表示。H.Min,J.Lee,S.Park，D.Hong等人提出干扰抑制区(ILA)来缓解蜂窝网对D2D通信的干扰，以此来增强系统容量。在ILA内的，D2D接收机的噪信比(ISR)大于预设的阈值，若蜂窝用户CU位置ILA内，则D2D用户无法复用蜂窝用户的资源。C.Wang,F.Fu，M.Tsai等人提出位置推荐和功率调整算法(LP&PA)去调整位置和干扰抑制区(ILA)的范围，以此提高频谱效率。目前大多数的研究存在以下不足：只考虑了蜂窝链路的性能，忽略了D2D用户的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于下行链路干扰抑制区的通信模式选择实现方法，考虑在单小区场景中，D2D用户复用蜂窝用户的下行链路。首先根据预设的阈值，推导出下行链路干扰抑制区(DILA)的范围，然后基于下行链路干扰抑制区和D2D通信范围制定模式选择的标准，最后依据标准来进行模式选择，解决了目前D2D用户性能不足的问题。

本发明提供一种基于下行链路干扰抑制区的通信模式选择实现方法，所述实现方法包括以下步骤：

步骤一：定义下行链路干扰抑制区，在单蜂窝小区场景下，蜂窝半径为R，R＞＞r，将路径损耗模型定义为P_a＝c·(d_a)^-α·P₀，其中P₀表示初始发射功率，P_a表示接收端接收信号功率，c和α分别表示路径衰落常数和衰落指数；

步骤二：采用下行链路干扰抑制区的管理策略去管理蜂窝通信对D2D通信造成的有害干扰；

步骤三：将模式选择的标准定义为：(1)D2D通信范围与干扰抑制区的交集内用户进行D2D专用模式，即用户使用独立的频段进行D2D通信；(2)干扰抑制区外D2D通信范围内用户进行D2D复用模式，即用户通过复用蜂窝用户的时频资源进行D2D通信；

(3)D2D通信范围外蜂窝区域范围内，用户进行传统的蜂窝通信；

步骤四：用户依据模式选择的标准进行模式选择以及移动场景下的模式切换以实现连续高效通信。

进一步改进在于：所述步骤一中蜂窝用户接受来自基站的接收信号功率为

D2D接收机DR接收的来自基站的干扰功率为

其中表示BS-CU链路的接受信号功率，

表示DT-CU链路的干扰功率，蜂窝用户接受到来自D2D发射机DT的干扰功率为

进一步改进在于：所述步骤一中严格控制D2D发射机DT的功率，避免对蜂窝用户产生有害的干扰，即将蜂窝用户CU应满足最小信噪比记为δ_c，即将DT的干扰功率公式带入最小信噪比公式中，得出D2D接收机DR接收来自D2D发射机DT的接收信号功率为

其中

表示DT-CU链路的干扰功率，

表示DT-DR链路的接收信号功率，推出D2D接收机DR的信噪比(SIR)表示为

D2D接收机DR信噪比应该小于预设的阈值δ_D，即

取SIR_DR的最大值小于δ_D，其中

上式变形为令M＝a²+b²，这里M≠0且N≠0，上式变形为M[(x-d)²+y²]＞N(x²+y²)，当M＞N时，上式变形为此时DILA的范围是以为圆心，

为半径的圆外的蜂窝区域；为当M＜N时，M[(x-d)²+y²]＞N(x²+y²)变形为

此时DILA的范围是以为圆心，为半径的圆内，当M＝N时，M[(x-d)²+y²]＞N(x²+y²)变形为d²-2dx＞0，此时DILA的范围是即横坐标小于的蜂窝区域内。

进一步改进在于：所述步骤二中D2D接收机DR的位置，在保证蜂窝通信性能的前提下，推导出下行链路干扰抑制区的范围，即D2D接收机DR限制活动的范围。

考虑D2D链路复用蜂窝链路的下行信道资源，在保证蜂窝链路性能的前提下，推导出下行链路干扰抑制区(DILA)的范围。在下行干扰抑制区内，用户无法复用蜂窝用户的时频资源来进行D2D通信。假定蜂窝用户和D2D用户仅知道接收CSI，而基站BS知道所有与基站连接的链路的全部CSI。这里我们假定D2D通信范围是以D2D发射机为圆心，半径为r的圆形区域。由于D2D发射机DT的最大功率已被严格控制，以避免对蜂窝用户造成任何有害的干扰，则DT对蜂窝用户的干扰可以不予考虑。但是在下行链路传输中，基站会对D2D接收机DR造成干扰。

当M＞N时，干扰抑制区为图中阴影部分，因为D2D接收机的活动范围应该是以D2D发射机DT为中心的一个区域,所以与其他两种情况相比，更符合常理。同时因为δ_C和δ_D远小于1，且d_BS,CU远大于d_DT,CU，所以M＞N成立。当D2D接收机DR位于干扰抑制区内时，将受到由于蜂窝通信产生的有害干扰，D2D接收机DR的信噪比(SIR)小于预设的阈值δ_D，D2D通信的性能不理想。目前主要讨论M＞N是用户通信模式选择的问题。

本发明的有益效果：在通信模型中定义了下行干扰抑制区。这在保证蜂窝通信性能的前提下，有效抑制了因用户复用蜂窝通信而产生的基站对D2D接收机的干扰。基于下行干扰抑制区和D2D通信范围，制定了一种新的通信模式选择策略。该过程实现了用户的无缝通信模式切换，保证通信的质量要求。

附图说明

图1是本发明所适用的系统模型。

图2是本发明中M＞N时下行干扰抑制区示意图。

图3是本发明中M＜N时下行干扰抑制区示意图。

图4是本发明中M＝N时下行干扰抑制区示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。如图1-4所示，本实施例提供一种基于下行链路干扰抑制区的通信模式选择实现方法，所述实现方法包括以下步骤：

步骤一：定义下行链路干扰抑制区，在单蜂窝小区场景下，蜂窝半径为R，R＞＞r，将路径损耗模型定义为P_a＝c·(d_a)^-α·P₀，其中P₀表示初始发射功率，P_a表示接收端接收信号功率，c和α分别表示路径衰落常数和衰落指数；

步骤二：采用下行链路干扰抑制区的管理策略去管理蜂窝通信对D2D通信造成的有害干扰；

步骤三：将模式选择的标准定义为：(1)D2D通信范围与干扰抑制区的交集内用户进行D2D专用模式，即用户使用独立的频段进行D2D通信；(2)干扰抑制区外D2D通信范围内用户进行D2D复用模式，即用户通过复用蜂窝用户的时频资源进行D2D通信；

(3)D2D通信范围外蜂窝区域范围内，用户进行传统的蜂窝通信；

步骤四：用户依据模式选择的标准进行模式选择以及移动场景下的模式切换以实现连续高效通信。

所述步骤一中蜂窝用户接受来自基站的接收信号功率为

D2D接收机DR接收的来自基站的干扰功率为

其中表示BS-CU链路的接受信号功率，

表示DT-CU链路的干扰功率，蜂窝用户接受到来自D2D发射机DT的干扰功率为

所述步骤一中严格控制D2D发射机DT的功率，避免对蜂窝用户产生有害的干扰，即将蜂窝用户CU应满足最小信噪比记为δ_c，即将DT的干扰功率公式带入最小信噪比公式中，得出D2D接收机DR接收来自D2D发射机DT的接收信号功率为

其中表示DT-CU链路的干扰功率，表示DT-DR链路的接收信号功率，推出D2D接收机DR的信噪比(SIR)表示为D2D接收机DR信噪比应该小于预设的阈值δ_D，即取SIR_DR的最大值小于δ_D，其中

上式变形为

令M＝a²+b²，

这里M≠0且N≠0，上式变形为M[(x-d)²+y²]＞N(x²+y²)，当M＞N时，上式变形为此时DILA的范围是以

为圆心，

为半径的圆外的蜂窝区域；为当M＜N时，M[(x-d)²+y²]＞N(x²+y²)变形为此时DILA的范围是以

为圆心，为半径的圆内，当M＝N时，M[(x-d)²+y²]＞N(x²+y²)变形为d²-2dx＞0，此时DILA的范围是

即横坐标小于的蜂窝区域内。

所述步骤二中D2D接收机DR的位置，在保证蜂窝通信性能的前提下，推导出下行链路干扰抑制区的范围，即D2D接收机DR限制活动的范围。

考虑D2D链路复用蜂窝链路的下行信道资源，在保证蜂窝链路性能的前提下，推导出下行链路干扰抑制区(DILA)的范围。在下行干扰抑制区内，用户无法复用蜂窝用户的时频资源来进行D2D通信。假定蜂窝用户和D2D用户仅知道接收CSI，而基站BS知道所有与基站连接的链路的全部CSI。这里我们假定D2D通信范围是以D2D发射机为圆心，半径为r的圆形区域。由于D2D发射机DT的最大功率已被严格控制，以避免对蜂窝用户造成任何有害的干扰，则DT对蜂窝用户的干扰可以不予考虑。但是在下行链路传输中，基站会对D2D接收机DR造成干扰。

当M＞N时，干扰抑制区为图中阴影部分，因为D2D接收机的活动范围应该是以D2D发射机DT为中心的一个区域,所以与其他两种情况相比，更符合常理。同时因为δ_C和δ_D远小于1，且d_BS,CU远大于d_DT,CU，所以M＞N成立。当D2D接收机DR位于干扰抑制区内时，将受到由于蜂窝通信产生的有害干扰，D2D接收机DR的信噪比(SIR)小于预设的阈值δ_D，D2D通信的性能不理想。在通信模型中定义了下行干扰抑制区。这在保证蜂窝通信性能的前提下，有效抑制了因用户复用蜂窝通信而产生的基站对D2D接收机的干扰。基于下行干扰抑制区和D2D通信范围，制定了一种新的通信模式选择策略。该过程实现了用户的无缝通信模式切换，保证通信的质量要求。