一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，該方法利用終端直通技術(shù)之間的短距離特性可以獲得較好的信道，并且具有較低的衰落，省去了基站為其轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的開(kāi)銷，本發(fā)明提出了D2D終端協(xié)作通信，利用通信終端周邊的空閑用戶作為其輔助天線，構(gòu)成虛擬MIMO發(fā)送Alamouti空時(shí)碼獲取分集增益；由于體積功耗的限制，實(shí)際的終端想要集成多個(gè)天線是個(gè)困擾的問(wèn)題；D2D技術(shù)的出現(xiàn)使得終端可以利用周邊的用戶構(gòu)成虛擬天線陣列，由于終端與周邊空閑用戶的距離較近，因此可以獲得較好的信道，使得信號(hào)如同從同一終端發(fā)射；同時(shí)在接收端，利用周邊空閑用戶構(gòu)成接收陣列可以進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能。
【專利說(shuō)明】一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于終端直通的虛擬多入多出通 "[目方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Device-to-Device (D2D)通信技術(shù)是兩個(gè)用戶在通信的過(guò)程中建立直接鏈路而不 需要經(jīng)過(guò)基站轉(zhuǎn)發(fā)的一種通信方式。D2D通信可以減輕基站因轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)帶來(lái)的負(fù)擔(dān)，并且可 以使D2D通信用戶復(fù)用小區(qū)內(nèi)傳統(tǒng)蜂窩用戶資源來(lái)提高資源利用率，從而達(dá)到整個(gè)小區(qū)吞 吐量的提升。D2D技術(shù)的提出帶來(lái)新的問(wèn)題:D2D通信需要建立在基站控制基礎(chǔ)之上，主叫 用戶本身無(wú)法發(fā)現(xiàn)被叫用戶，因此需要基站協(xié)助，并且基站對(duì)其進(jìn)行合適的資源分配；在基 站分配給D2D與蜂窩相同資源時(shí)，被復(fù)用蜂窩用戶由于與D2D通信占用相同的資源(時(shí)間 或頻率)，使得這兩種通信之間存在相互干擾；用戶設(shè)備的體積功耗限制使D2D通信的距離 不能太大。MIMO技術(shù)可以獲得分集增益，將MIMO技術(shù)應(yīng)用到D2D通信中是下一代通信技術(shù) 研究的一個(gè)重要方向。但實(shí)際應(yīng)用中，手機(jī)由于功耗體積等問(wèn)題只適合配備單天線。利用 協(xié)作方式將多個(gè)空閑用戶設(shè)備做中繼構(gòu)成虛擬MMO可以獲得分集增益。我們研究了將多 中繼協(xié)作的兩種不同方法應(yīng)用到D2D通信中時(shí)的系統(tǒng)性能。
[0003]為了解決D2D中的問(wèn)題如用戶設(shè)備的體積功耗限制使D2D通信的距離不能太大， 由于距離的限制使得D2D通信可以應(yīng)用的場(chǎng)景少，本發(fā)明利用了 D2D通信的短距離將周邊 用戶作為自身的虛擬天線，能夠很好地解決上面的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供了一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，該方法利用 D2D鏈路構(gòu)建虛擬MMO獲取空間分集，根據(jù)協(xié)作節(jié)點(diǎn)能力內(nèi)考慮兩種不同的協(xié)作方式，使 其進(jìn)一步增強(qiáng)了性能，本發(fā)明給出了實(shí)現(xiàn)虛擬MIMO的詳細(xì)方法以及信令流程。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明提供了一種基于終端直通的 虛擬多入多出通信方法，該方法是一種在蜂窩用戶與D2D用戶共存時(shí)，通信用戶利用D2D鏈 路構(gòu)建虛擬MMO通信簇以獲取分集增益。發(fā)明包括了 D2D虛擬MMO建立信令流程，給出 了在蜂窩系統(tǒng)下構(gòu)建虛擬MMO的實(shí)現(xiàn)方案。根據(jù)協(xié)作用戶不同位置，對(duì)兩種不同協(xié)作模式 進(jìn)行了分析，具有實(shí)際價(jià)值。
[0006]蜂窩系統(tǒng)下基于D2D的虛擬MMO通信建立的方法流程如下:
[0007]步驟一:S向基站發(fā)起尋呼D的消息；
[0008]步驟二:基站發(fā)現(xiàn)S、D位于同一區(qū)域(小區(qū))，基站廣播D2D探測(cè)命令；
[0009]步驟三:S廣播D2D探測(cè)信令，D根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)弱反饋給S (假設(shè)Qos介于某個(gè) 范圍內(nèi)，范圍需要計(jì)算，不能滿足條件);
[0010]步驟四:S周圍空閑節(jié)點(diǎn)在S廣播探測(cè)信號(hào)期間監(jiān)聽(tīng)，判斷是否能夠作為S的協(xié)作 節(jié)點(diǎn)，類似D周圍空閑節(jié)點(diǎn)在D反饋信號(hào)期間監(jiān)聽(tīng)；[0011]步驟五:當(dāng)S、D發(fā)起協(xié)作請(qǐng)求信令時(shí)，最優(yōu)空閑節(jié)點(diǎn)將會(huì)在簇內(nèi)反饋接受請(qǐng)求信息；
[0012]步驟六:S、D向基站發(fā)起D2D資源請(qǐng)求信息，基站根據(jù)情況分配合適的信道；
[0013]步驟七:簇內(nèi)建立同步并開(kāi)始D2D通信。
[0014]其中，本發(fā)明所述方法是利用D2D通信的短距離可靠特性將距離較近的用戶構(gòu)成虛擬MMO陣列來(lái)獲得分集增益的性能，通信分為三個(gè)階段:(I)發(fā)送協(xié)作；(2)簇間通信；
(3)接收協(xié)作。本發(fā)明根據(jù)發(fā)送簇能否解碼分為解碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)及放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)空時(shí)編碼方法。
[0015]本發(fā)明根據(jù)接收簇內(nèi)對(duì)實(shí)際信號(hào)的接收情況的三種不同處理方式:(I)目的端正確解碼，不需要協(xié)作；(2)目的端不能正確解碼，協(xié)作端正確解碼，則協(xié)作端將解碼信號(hào)發(fā)送給目的端；(3)協(xié)作簇內(nèi)均不能正確解碼，則協(xié)作端將接收到的信號(hào)采用放大轉(zhuǎn)發(fā)在目的端最大比合并。
[0016]有益效果:
[0017]1、本發(fā)明使得單個(gè)終端因體積功耗限制不能集成多天線的問(wèn)題得到很好地解決，單個(gè)終端在協(xié)作用戶的幫助下具備了多天線性能。
[0018]2、本發(fā)明單天線設(shè)備具備了 MIMO通信能力，對(duì)于提升因單個(gè)設(shè)備能力有很大地幫助，可以擴(kuò)展下一代通信的業(yè)務(wù)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明虛擬MMO通信模型圖。
[0020]圖2為本發(fā)明Alamouti虛擬MMO場(chǎng)景圖。
[0021]圖3為本發(fā)明LTE下采用虛擬MIMO通信的信令流程圖。
[0022]圖4為本發(fā)明理想的協(xié)作區(qū)域劃分圖。
[0023]圖5為本發(fā)明協(xié)作節(jié)點(diǎn)分布不同位置時(shí)目的端信噪比分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明專利作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]實(shí)施例一
[0026]如圖3所示，本發(fā)明提供了一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，該方法是一種在蜂窩用戶與D2D用戶共存時(shí)，通信用戶利用D2D鏈路構(gòu)建虛擬MMO通信簇以獲取分集增益。發(fā)明包括了 D2D虛擬MMO建立信令流程，給出了在蜂窩系統(tǒng)下構(gòu)建虛擬MMO的實(shí)現(xiàn)方案。根據(jù)協(xié)作用戶不同位置，對(duì)兩種不同協(xié)作模式進(jìn)行了分析，具有實(shí)際價(jià)值。
[0027]蜂窩系統(tǒng)下基于D2D的虛擬MMO通信建立的方法流程如下:
[0028]步驟一:S向基站發(fā)起尋呼D的消息；
[0029]步驟二:基站發(fā)現(xiàn)S、D位于同一區(qū)域(小區(qū))，基站廣播D2D探測(cè)命令；
[0030]步驟三:S廣播D2D探測(cè)信令，D根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)弱反饋給S (假設(shè)Qos介于某個(gè)范圍內(nèi)，范圍需要計(jì)算，不能滿足條件);
[0031]步驟四:S周圍空閑節(jié)點(diǎn)在S廣播探測(cè)信號(hào)期間監(jiān)聽(tīng)，判斷是否能夠作為S的協(xié)作節(jié)點(diǎn)，類似D周圍空閑節(jié)點(diǎn)在D反饋信號(hào)期間監(jiān)聽(tīng)；[0032]步驟五:當(dāng)S、D發(fā)起協(xié)作請(qǐng)求信令時(shí)，最優(yōu)空閑節(jié)點(diǎn)將會(huì)在簇內(nèi)反饋接受請(qǐng)求信息；
[0033]步驟六:S、D向基站發(fā)起D2D資源請(qǐng)求信息，基站根據(jù)情況分配合適的信道；
[0034]步驟七:簇內(nèi)建立同步并開(kāi)始D2D通信。
[0035]其中，本發(fā)明所述方法是利用D2D通信的短距離可靠特性將距離較近的用戶構(gòu)成虛擬MMO陣列來(lái)獲得分集增益的性能，通信分為三個(gè)階段:(I)發(fā)送協(xié)作；⑵簇間通信；
(3)接收協(xié)作。本發(fā)明根據(jù)發(fā)送簇能否解碼分為解碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)及放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)空時(shí)編碼方法。
[0036]本發(fā)明根據(jù)接收簇內(nèi)對(duì)實(shí)際信號(hào)的接收情況的三種不同處理方式:(I)目的端正確解碼，不需要協(xié)作；(2)目的端不能正確解碼，協(xié)作端正確解碼，則協(xié)作端將解碼信號(hào)發(fā)送給目的端；(3)協(xié)作簇內(nèi)均不能正確解碼，則協(xié)作端將接收到的信號(hào)采用放大轉(zhuǎn)發(fā)在目的端最大比合并。
[0037]實(shí)施例二
[0038]1、D2D 虛擬 MMO 模型
[0039]圖1為虛擬MMO通信模型，圖中S為會(huì)話請(qǐng)求方，D為目的方。S，D想要建立會(huì)話連接，但兩者之間的直接鏈路不能滿足通信要求(但是距離目標(biāo)值差距不大)。在S，D的周圍存在若干空閑用戶。S與近距離空閑用戶SI，S2……Sn構(gòu)成發(fā)送虛天線陣列，我們稱為發(fā)送簇，D與D1，D2……Dn構(gòu)成接收天線陣列，接收簇。發(fā)送簇復(fù)用蜂窩用戶C-UEl的資源，接收簇復(fù)用蜂窩用戶C-UE2的資源。接收簇與發(fā)送簇使用專用的資源以減少干擾。
[0040]2、簇間通信
[0041]2.1基于解碼的Alamouti虛擬MIMO通信
`[0042]收發(fā)簇之間采用正交的空時(shí)編碼進(jìn)行通信。我們對(duì)最簡(jiǎn)單的兩發(fā)兩收Alamouti 收發(fā)方法進(jìn)行研究，如圖2所示，假設(shè)發(fā)送簇由S、SI構(gòu)成，接收簇由D、Dl構(gòu)成。
[0043]通信分為3個(gè)階段:
[0044]第一階段，發(fā)送協(xié)作。S將要發(fā)的信息[sO，Si]發(fā)給協(xié)作節(jié)點(diǎn)SI。
[0045]Y1 = hssl [s0, S1] +hclscl+n0 ； (I)
[0046]SI對(duì)其進(jìn)行解碼，SI端信噪比為
—I,2s11 Pdid'
[_ ^ = \h I2P +N
IrtCl I 廠el 十 JV 0./2)
[0048]第二階段，簇間通信。S跟SI建立同步后向目的簇按照Almouti空時(shí)編碼發(fā)信息。
[0049]Alamouti空時(shí)編碼如表2所示,發(fā)送分兩個(gè)時(shí)隙。
[0050]第三階段，接收協(xié)作。D和Dl單獨(dú)解碼，
[0051](I)若D能解碼，則不需要Dl的輔助，
[0052](2)若D解碼失敗，Dl會(huì)將解碼信號(hào)發(fā)給D，
[0053]yD = hD1D [s0, S1] +hc2sc2+n0 ； (3)
\^D\D I ^DlD,
[0054]Yd =~-7-1,' 21 尸 2 + #0.(4)[0055](3)若兩者解碼均失敗，則Dl將接收信號(hào)以AF方式轉(zhuǎn)發(fā)給D，在D端進(jìn)行最大比合并。[0056]
【權(quán)利要求】
1.一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟: 步驟一:S向基站發(fā)起尋呼D的消息； 步驟二:基站發(fā)現(xiàn)S、D位于同一區(qū)域，基站廣播D2D探測(cè)命令； 步驟三:S廣播D2D探測(cè)信令，D根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)弱反饋給S ； 步驟四:S周圍空閑節(jié)點(diǎn)在S廣播探測(cè)信號(hào)期間監(jiān)聽(tīng)，判斷是否能夠作為S的協(xié)作節(jié)點(diǎn)，類似D周圍空閑節(jié)點(diǎn)在D反饋信號(hào)期間監(jiān)聽(tīng)； 步驟五:當(dāng)S、D發(fā)起協(xié)作請(qǐng)求信令時(shí)，最優(yōu)空閑節(jié)點(diǎn)將會(huì)在簇內(nèi)反饋接受請(qǐng)求信息； 步驟六:S、D向基站發(fā)起D2D資源請(qǐng)求信息，基站根據(jù)情況分配合適的信道； 步驟七:簇內(nèi)建立同步并開(kāi)始D2D通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于:所述方法步驟二中的同一區(qū)域?yàn)樾^(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于:所述方法的步驟三包括:假設(shè)Qos介于某個(gè)范圍內(nèi)，范圍需要計(jì)算，不能滿足條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于:所述方法是蜂窩系統(tǒng)下基于D2D的虛擬MIMO通信方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于:所述方法是一種蜂窩用戶與D2D用戶共存的方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于，所述方法是利用D2D通信的短距離將距離較近的用戶構(gòu)成虛擬MIMO陣列。
7.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于，所述方法的通信三個(gè)階段為:(I)發(fā)送協(xié)作；(2)簇間通信；(3)接收協(xié)作。
8.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于:所述方法根據(jù)發(fā)送簇能否解碼分為解碼轉(zhuǎn)發(fā)及放大轉(zhuǎn)發(fā)空時(shí)編碼。
9.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于終端直通的虛擬多入多出通信方法，其特征在于，所述方法根據(jù)接收簇內(nèi)對(duì)實(shí)際信號(hào)的接收情況的三種不同處理方式為:(I)目的端正確解碼，不需要協(xié)作；(2)目的端不能正確解碼，協(xié)作端正確解碼，則協(xié)作端將解碼信號(hào)發(fā)送給目的端；(3)協(xié)作簇內(nèi)均不能正確解碼，則協(xié)作端將接收到的信號(hào)采用放大轉(zhuǎn)發(fā)在目的端最大比合并。
【文檔編號(hào)】H04L1/06GK103580814SQ201310471018
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】邵世祥, 姜浩, 孫君 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)