[發明專利]一種基于帶外D2D多跳中繼的蜂窩下行吞吐量優化方法

有效

• 申請號: 201710157206.9
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN107018547B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 桂勁松;周凱;鄧健;鄧曉衡
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/12;H04W40/22
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 楊萍

本發明公開了一種基于帶外D2D多跳中繼的蜂窩下行吞吐量優化方法，基站通過預選第一中繼、預選第二中繼和驗證預選中繼鏈路吞吐量三個階段確定每個獲得蜂窩信道的UE從基站接收數據的方式，包括直接從基站接收數據、通過選擇一個中繼中轉接收數據和通過選擇兩個中繼進行接力中轉接收數據；預選第一中繼階段通過綜合考慮吞吐量提升與中繼的剩余能量水平來選擇第一中繼；預選第二中繼階段通過設置能量約束閾值來確保第二中繼的剩余能量水平不低于第一中繼的相應值來選擇第二中繼；驗證預選中繼鏈路吞吐量階段，根據吞吐量是否提升決定放棄或保留預選的中繼。本發明能有效改善數據接收質量、提高吞吐量、延長網絡壽命、減小計算和通信代價。

技術領域

本發明屬于計算機網絡應用和帶外(Outband)D2D(Device-to-Device)通信領域，涉及一種在能量約束與延時約束下通過多跳中繼協助進行蜂窩下行吞吐量優化的方法。

背景技術

D2D技術是第五代移動通信網絡的關鍵技術，具有提升頻譜利用率、增加系統吞吐量、降低能量消耗、減小基站(Base Station，BS)負載等優點。在一個蜂窩中，若一個用戶設備(User Equipment，UE)處于蜂窩邊緣或受障礙物遮擋，則它從基站接收數據的質量將受到影響。通過選擇其它位置更好的UE充當中繼，由該中繼從基站接收數據再轉發給自己，用戶設備可以減輕這種不利影響，從而改善數據接收質量、提高吞吐量。

用戶設備之間的通信可采用帶內(Inband)D2D通信模式，也可使用帶外D2D通信模式。前者允許使用蜂窩網絡運營商的授權頻譜，后者則使用其它支持直接通信的無線技術(如WiFi、Bluetooth技術)所使用的非授權頻譜。

在帶內D2D通信模式中，蜂窩用戶和D2D用戶可以共享授權頻譜，因此，蜂窩用戶與D2D用戶之間可能存在同頻干擾。雖然可以通過復雜度高的資源分配方法減小同頻干擾，但同時也會產生額外的計算開銷。在帶外D2D通信模式中，既然D2D用戶使用非授權頻譜，與蜂窩用戶之間不存在同頻干擾。然而，由于非授權頻譜的不可控性^[1]，隨著D2D用戶數量的增多，D2D用戶之間在非授權頻譜上的同頻干擾也會隨之增大。同時，蜂窩設備必須配備額外的無線接口(如WiFi接口)才能使用非授權頻譜。

隨著電子設備制造技術的發展，更多的功能將會被集成到蜂窩設備中，而且遵循無線接口標準(如IEEE 802.21)也會使得設備在不同類型接口(如WiFi、LTE和WiMAX)之間的切換變得更加順暢。因此，越來越多的研究人員開始研究帶外D2D通信模式。

關于利用帶外D2D通信模式研究吞吐量優化問題，文獻[2]提出了一個在延時約束下的機會信道框架模型，并實現了通過一跳中繼提升蜂窩下行吞吐量的貪婪算法(即D2DOpportunistic Relay with QoS Enforcement，DORE)，但是仍有以下問題有待解決：第一，在選取作為中繼的用戶設備時，沒有考慮到中繼的剩余能量，所以網絡壽命可能無法得到保證；第二，DORE通過全局搜索來獲得滿足選擇標準的中繼UE，導致通信開銷與計算開銷過大；第三，對于處于蜂窩邊緣的UE來說，即使通過一跳中繼的協助，接收端還是可能存在較高的比特誤碼率(Bit Error Rate,BER)，從而難以獲得理想的吞吐量。因此，急需提出一種解決上述問題的新方法。

發明內容

本發明所解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種基于帶外D2D多跳中繼協助的蜂窩下行吞吐量優化方法，能夠有效改善數據接收質量、提高吞吐量、延長網絡傳輸路徑的壽命、減小計算和通信代價。

本發明所提供的技術方案為：

一種基于帶外D2D多跳中繼的蜂窩下行吞吐量優化方法，基站通過預選第一中繼、預選第二中繼和驗證預選中繼鏈路吞吐量三個階段確定每個獲得蜂窩信道的用戶設備，即UE從基站接收數據的方式；UE從基站接收數據的方式包括直接從基站接收數據、通過選擇一個中繼中轉接收數據和通過選擇兩個中繼進行接力中轉接收數據；