[發明專利]一種基于D2D和上行NOMA的兩用戶通信方法

有效

• 申請號: 201710338217.7
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107087274B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 張靖;張艷霞;周清潔;劉國亨;李強
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04W40/22
• 分類號: H04W40/22;H04B7/155;H04W16/14
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 廖盈春,李智

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，更具體地，涉及一種基于D2D和上行NOMA的兩用戶通信方法。

背景技術

傳統的上行OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交頻分多址)通信中，用戶通常占用正交的互不重疊的頻譜資源以獲得更高的傳輸速率，進而滿足用戶較高的服務質量需求。隨著多媒體服務業務的快速發展，用戶可能隨時隨地需要向服務基站上傳視頻、音頻等大文件數據，導致通信能耗呈指數性增長。特別是當距離服務基站較遠的情況下，為完成大量數據上行傳輸，用戶通常需要提高發射功率，這進一步加劇了用戶的能量消耗。但是由于傳輸距離較大，大量的能量被消耗在傳輸過程中，并不能提升用戶的上行傳輸速率。為了克服這種由于較大傳輸距離帶來的巨大能量浪費，現行網絡需要融合其他無線通信技術來提高整個通信系統的能效。D2D(Device-to-Device，設備到設備)通信技術是一種能有效提升系統能效的直連通信技術。遠距離用戶通過D2D通信方式將自己的數據直接傳輸給近距離用戶可顯著降低能量消耗。同時作為中繼的用戶則使用系統分配給兩個用戶的總頻譜資源通過上行NOMA(Non-orthogonal Multiple Access，非正交多址)方式將兩個用戶的數據傳輸給基站。該種方案通過給中繼用戶分配更多的帶寬來彌補其協作傳輸其他用戶數據帶來的功率消耗，符合高能效系統傳輸的原則。

因此，在現行通信網絡中，根據用戶與基站的距離，選擇性地采用結合D2D技術的上行NOMA通信方法可有效提高系統的能耗，符合為了綠色通信的發展理念。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于D2D和上行NOMA的兩用戶通信方法。該方法適用于兩個用戶相距較近的上行通信場景。其目的在于保證系統頻譜效率不變的情況下，提升上行通信系統能效。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于D2D和上行NOMA的兩用戶通信方法，包括如下步驟：

(1)系統初始化，基站首先更新當前網絡的相關信息，具體包括系統分配給兩個用戶的總頻譜資源WMHz，用戶1與基站之間的距離d₁、用戶2基站之間的距離d₂和兩個用戶之間的距離d₀；獲取用戶信息，具體包括用戶1需要傳輸的數據量D₁和用戶2需要傳輸的數據量；

(2)用戶i和用戶j需要在通信時長T內完成各自的數據傳輸，那么若距離上滿足d_i＞d_j＞d₀且d_j+d₀＞d_i,i≠j,i,j∈{1,2}，則用戶i在通信時長T內使用全部頻譜資源將數據量D_i通過D2D通信方式傳輸給用戶j；

(3)用戶j工作在FD(Full-Duplex，全雙工)模式，在通信時長T內使用全部頻譜資源通過NOMA方式將接收到的用戶i數據D_i和自己的數據D_j上傳給基站；

其中本發明中將遠距離用戶數據作為強用戶數據，基站在接收到疊加信號后執行SIC(successive interference cancellation，連續干擾消除)，首先解碼強用戶i的數據，然后再解碼用戶j的數據；

優選地，上述的結合D2D技術的上行NOMA高能效通信方法，其特征在于，所述步驟(2)中用戶i在通信時長T內將自己的全部數據通過D2D方式傳輸給用戶j，相應的發射功率為：

其中α表示的是路徑損耗因子，N_D2D表示的是D2D通信階段引入的熱噪聲功率。

優選地，上述一種基于D2D和上行NOMA的兩用戶通信方法，其特征在于，所述步驟(3)中包含如下子步驟：

(3.1)用戶j在通信時長T內使用全部頻譜資源通過NOMA方式通過將數據量D_i和D_j同時上傳給基站，基站端接收到的混合信號如下式所示：