D2D蜂窝网络中基于时域半双工中继的功率控制方法

摘要

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接收接收端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，使用时域半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。

主权项

一种D2D蜂窝网络中基于时域半双工中继的功率控制方法，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接收接收端E，构成一个由接收端C、发射端R和接收接收端E受基站B控制的嵌入D2D通信的蜂窝通信网络，所述发射端R、接收端C、接收端E均为配置一支天线的时域半双工移动终端，其特征在于步骤如下：a.基站B通过蜂窝网控制信道向接收端C发送建立通信链路的请求后，当接收端C接收到基站B的信号强度大于等于预设值时，则向基站B反馈信息，基站B与接收端C建立通信链路，此时D2D发射端R和接收接收端E仅进行D2D通信；b.当接收端C接收到基站B的信号强度小于预设值时，则不与基站B组建通信链路，此时基站B向D2D发射端R发送数据中继请求并与发射端R的天线建立第一跳蜂窝中继通信链路，D2D发射端R再通过天线发射与接收端C建立通信链路的请求，当接收端C接收到发射端R的请求后即与D2D发射端R建立蜂窝网的第二跳中继通信链路；c.基站B通过蜂窝网专用控制信道(SDCCH)获得基站B到发射端R处的信道功率增益g_B,R，从接收端C处得到基站B到接收端C的信道功率增益g_B,C和发射端R到接收端C的信道功率增益g_R,C，从接收端E处得到基站B到接收端E的信道功率增益g_B,E和发射端R到接收端E的信道功率增益g_R,E；d.基站B通过公式：分别计算基站B与发射端R、基站B与接收端C、基站B与接收端E之间的信道噪声比γ_B,R、γ_B,C、γ_B,E，通过公式：分别计算发射端R与接收端C、发射端R与接收端E之间的信道噪声比γ_R,C、γ_R,E，式中：发射端R、接收端C、接收端E的噪声功率均为σ²；e.基站B通过公式：分别求取基站B和发射端R的最优发射功率和并通过公式：${\alpha }^{\mathrm{opt}}=\max (0,\min (1,\frac{{\gamma }_{B,R}}{{\gamma }_{R,C}}\frac{-{\left(p_R^{\mathrm{opt}}\right)}^2{\gamma }_{R,C}+p_R^{\mathrm{opt}}(P{\gamma }_{R,C}-1)+P}{-{\left(p_R^{\mathrm{opt}}\right)}^2{\gamma }_{B,R}+p_R^{\mathrm{opt}}(P{\gamma }_{B,R}+1)})),$且0≤α^opt＜1，求取发射端R为中继蜂窝用户C的信息码元所分配的最优发射功率比例α^opt，式中：p_B为基站B的发射功率，p_R为发射端R的发射功率，基站B和发射端R的联合功率约束为P，即p_B+p_R＝P，G为常数，且为蜂窝网接收端C的最小数据吞吐量约束，W为蜂窝通信和D2D通信共享的信道带宽；f.基站B通过公式：得到基站B与发射端R之间的最优信号噪声比通过公式：计算出发射端R与接收端C之间的最优信干噪比并通过公式：计算出发射端R与接收端E之间的最优信干噪比g.当时，基站B将步骤e中得到的发射端R的最优发射功率和最优功率比例α^opt，通过专用控制信道传输给发射端R，控制发射端R使用最优发射功率和最优发射功率比例α^opt分别向接收端C和接收端E发射数据信息；h.当${\bar{\gamma }}_{B,R}^{\mathrm{opt}}\ge {\bar{\gamma }}_{R,C}^{\mathrm{opt}},$则基站B通过公式：${\alpha }^{\mathrm{opt}}=\max (0,\min (0,\frac{-Y+\sqrt{Y^2-4\mathrm{XZ}}}{2X})),$重新计算最优功率比例α^opt，并通过公式：$p_B^{\mathrm{opt}}=\max (0,P-\frac{1}{{\gamma }_{R,C}}\frac{G}{{\alpha }^{\mathrm{opt}}(G+1)-G})$和$p_R^{\mathrm{opt}}=\max (0,\frac{1}{{\gamma }_{R,C}}\frac{G}{{\alpha }^{\mathrm{opt}}(G+1)-G}),$重新计算基站B和发射端R的最优发射功率和式中：参数X＝(G+1)(γ_R,C)²(Pγ_B,R‑G)，参数参数Z＝‑2P(Gγ_R,C)²γ_B,R；根据重新获得的最优功率比例α^opt、基站B和发射端R的最优发射功率和基站B通过公式：重新得到发射端R与接收端C之间的最优信号干扰噪声比基站B通过公式：重新得到发射端R与接收端E之间的最优信号干扰噪声比基站B将重新计算得到的发射端R最优发射功率和最优功率比例α^opt通过专用控制信道传输给发射端R，控制发射端R使用最优发射功率和最优发射功率比例α^opt分别向接收端C和接收端E发射数据信息；i.传输数据信息时，在半双工中继传输的第一个时隙，基站B使用功率向蜂窝接收端C发射能量归一化信息码元x_C，此时D2D发射端R的天线为接收状态，对基站B发射的码元x_C进行接收、解码处理，解码后的信息码元为j.在半双工中继传输的第二个时隙，基站B停止传输信息，D2D发射端R将发射功率加载到信息码元中，将发射功率加载到信息码元x_E中，发射端R的天线同时向处于接收状态的接收端C和接收端E广播信息码元信息k.接收端C在接收到的发射端R中继的集成码元信息x_R后，将码元x_R中的x_E部分当作干扰，仅对部分进行解码，从而获得数据吞吐量T_C；接收端E在接收到发射端R中继的集成码元信息x_R后，将码元x_R中的部分当作干扰，仅对x_E部分进行解码，从而获得数据吞吐量T_E。