[發明專利]一種基于AF中繼輔助D2D通信系統的功率優化方法

有效

• 申請號: 202010428854.5
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111629362B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 蔡艷;朱笑程;徐嘉懿;倪藝洋
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W4/70
• 分類號: H04W4/70;H04W40/22;H04W52/24;H04W52/46
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽;杜春秋

本發明提出了一種基于AF中繼輔助D2D通信系統的功率優化方法，包括以下步驟：基站獲取各個設備之間的信道狀態信息和各個設備處的接收信干噪比；基于得到的信息求解以D2D鏈路可達和速率為目標函數的優化問題，進而得到中繼處、蜂窩用戶處和D2D用戶處最優功率分配系數；蜂窩用戶蜂窩用戶處最優功率分配系數，發送信號到基站，同時D2D用戶根據D2D用戶處最優功率分配系數，發送信號到中繼；中繼收到傳來的信號后，根據中繼處最優功率分配系數，發送信號到D2D用戶，同時基站向蜂窩用戶發送信號。該方法計算復雜度低，適用于D2D用戶復用蜂窩用戶頻譜資源的情況，能夠有效地提高D2D鏈路的可達速率，提升了通信系統的性能。

技術領域

本發明涉及一種基于雙向放大轉發(AF)中繼輔助D2D通信系統的功率優化方法，屬于D2D通信場景下的功率優化與分配技術領域。

背景技術

作為面向5G關鍵技術之一的D2D通信技術，即Device-to-Device，也稱為終端直通。D2D通信技術是指兩個對等的用戶節點之間直接進行通信的一種通信方式。在由D2D通信用戶組成的分散式網絡中，每個用戶節點都能發送和接收信號，并具有自動路由的功能。在D2D通信系統中，用戶節點同時扮演服務器和客戶端的角色，可以復用蜂窩網絡的頻譜資源進行通信。

當信道質量欠佳或者兩個D2D用戶距離較遠時，由于發射功率的限制，通信質量會受到較大的影響，此時就需要引入中繼技術，將中繼引入到D2D系統后，不僅能夠改善信道衰落和用戶距離過遠帶來的信噪比和質量服務的下降，而且可以通過調整中繼轉發的發射功率，使整個通信系統獲得更好的通信性能。然而，在復用蜂窩頻譜資源的過程中，不可避免地會產生相互干擾。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的不足而提供一種基于雙向放大轉發(AF)中繼輔助D2D通信系統的功率優化方法。

本發明提供一種基于AF中繼輔助D2D通信系統的功率優化方法，該方法適用于帶有D2D通信的單小區蜂窩通信系統，該通信系統包括一個基站、一個中繼、一個蜂窩用戶和兩個D2D用戶，D2D用戶對復用蜂窩用戶的頻譜資源，由使用AF協議的中繼進行信號的轉發，基于D2D鏈路可達速率最大化的原則來進行功率優化，在系統的一個傳輸周期內，平均分為兩個時隙，第一時隙(即上行時隙)，蜂窩用戶向基站發送信號，同時D2D用戶復用蜂窩用戶的頻譜資源向中繼發送信號；第二時隙(即下行時隙)，中繼對在上行時隙中收到的信號進行放大轉發，同時基站向蜂窩用戶發送信號。該通信系統的功率優化方法包括以下步驟：

S1、基站獲取通信系統中各個設備之間的信道狀態信息和各個設備處的接收信干噪比；

S2、基于步驟S1得到的信息求解以D2D鏈路可達和速率為目標函數的優化問題，基于最大化該目標函數，得到在中繼處、蜂窩用戶處和D2D用戶處最優的功率分配系數；

S3、蜂窩用戶根據步驟S2所求出的蜂窩用戶處最優的功率分配系數，發送信號到基站，同時D2D用戶根據求出的D2D用戶處最優的功率分配系數，發送信號到中繼；

S4、中繼收到傳來的信號后，根據步驟S2得到的中繼處最優的功率分配系數，發送信號到D2D用戶，同時基站向蜂窩用戶發送信號。

本發明進一步技術方案描述如下：

優選地，所述步驟S1中，信道按照如下方式建模:假設D2D通信系統中各個設備都是單天線，g_ab表示設備a和設備b之間的信道增益，設備a、b可以為基站、蜂窩用戶、中繼、D2D用戶中的一種，且設備a與設備b不為同一種設備，D2D用戶包括D2D用戶1和D2D用戶2，設備之間的信道假設為瑞利信道。

優選地，所述步驟S1中，各個設備處的接收信干噪比為第一時隙中基站和中繼的接收信干噪比和第二時隙中D2D用戶和蜂窩用戶的接收信干噪比；第一時隙中基站和中繼的接收信干噪比的表達式分別如下：