一种蜂窝网络中基于网络编码的D2D通信方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106973362A(43)申请公布日2017.07.21(21)申请号201710248807.0(22)申请日2017.04.17(71)申请人南京邮电大学地址210003江苏省南京市鼓楼区新模范马路66号(72)发明人梅中辉程宏秀(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人朱桢荣(51)Int.Cl.H04W4/00(2009.01)H04W28/24(2009.01)H04W72/08(2009.01)H04L1/00(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称一种蜂窝网络中基于网络编码的D2D通信方法(57)摘要本发明公开了一种蜂窝网络中基于网络编码的D2D通信方法，本发明方法中，提出了一个基于网络编码的D2D系统，D2D通信系统采用网络编码技术提高系统吞吐量，减少数据包传输的时间。在网络负载较高的情况下，D2D通信可以复用蜂窝系统的频谱资源，提高频谱利用率。但频谱复用会产生同频干扰问题，如何通过合理的资源分配算法降低D2D用户和蜂窝用户之间的干扰，变得至关重要。通常情况下，基站可以通过信道分配、功率控制和模式选择等方式来分配资源。此发明提出基于网络编码的D2D通信的功率控制和资源链路分配方法，在保证了传统蜂窝用户的服务质量（QoS）要求前提条件下，最小化D2D通信的传输时间。CN106973362ACN106973362A权利要求书1/2页1.一种蜂窝网络中基于网络编码的D2D通信方法，其特征在于，网络拓扑包括至少一个D2D对、一个中继DR和多个蜂窝上行链路用户，D2D通信的数据传输分为两时隙：在第一时隙中，D2D用户Da和D2D用户Db分别向中继DR发送数据包Sa和Sb，然后在第二个时隙内，中继DR对接收到的两个数据包进行异或网络编码操作，并广播编码后的数据包；在第一个时隙中，从Dj到DR传输所需的时间Tj,r：其中，Sj为D2D用户Dj传输的数据包，j＝a,b，Rj,r表示D2D用户Dj到中继DR的数据包传输速率，第一个时隙传输数据包所需的时间采用穷尽搜索的算法，求出网络编码传输周期中，传输数据包所需的最少时间tmin；在第二个时隙中，中继DR和D2D用户Dj之间的链路的数据传输速率Rr,j：其中，B为带宽，当DR复用第i个子信道时否则是第i个子信道被分配给中继DR时，从DR到Dj的信噪比SINR，n为蜂窝上行链路用户的总数；从DR到Dj传输所需要的时间当Sa≥Sb时，M＝Rr,a，否则，M＝Rr,b；因此，网络编码传输周期中，Da和Db之间数据交换的总时间T为：2.根据权利要求1所述的一种蜂窝网络中基于网络编码的D2D通信方法，其特征在于，在保证蜂窝上行链路用户的服务质量QoS要求的情况下，最小化每个网络编码传输周期中的D2D通信所需要的时间，为此将无限资源管理作为一个优化问题，该优化问题被建模如下：OPT:argminTs.t.其中,表示Dj复用第i个蜂窝上行链路用户的链路资源时Dj的发送功率，表示DR复用第i个蜂窝上行链路用户的链路资源时DR的发送功率，分别是Da和Db的子信道分配的指标；当Dj复用第i个蜂窝上行链路用户的链路资源时否则是Dj满足信噪比SINR需求的最小传输功率，pmax是D2D用户利用的最大传输功率，vi是第i个蜂窝上行链路用户的服务质量QoS要求，表示第一个时隙中，复用第i个蜂窝上行链路用户资源时的数据包传输速率，表示第二个时隙中，复用第i个蜂窝上行链路用户资源时的数据包传输速率。3.根据权利要求2所述的一种蜂窝网络中基于网络编码的D2D通信方法，其特征在于，2CN106973362A权利要求书2/2页网络编码传输周期中的两个时隙是相互独立的，因此所述优化问题被分成两个子问题，第一个时隙为OPT1,第二个时隙为OPT2，其中，OPT1如下：其中，表示D2D用户Da到中继DR的路径增益，表示D2D用户Db到中继DR的路径增益，表示第c个蜂窝上行链路用户到中继DR的路径增益，N0表示信道噪声，表示蜂窝上行链路用户在第一个时隙的功率。4.根据权利要求3所述的一种蜂窝网络中基于网络编码的D2D通信方法，其特征在于，采用穷尽搜索的算法计算OPT1，具体如下：设n个蜂窝上行链路用户共有K个子信道，n＝K，每个蜂窝上行链路用户一一对应1个子信道，设第i个子信道被分配给第i个蜂窝上行链路用户Ci；步骤A、当D2D用户Da复用第i个蜂窝上行链路用户Ci，即：计算出Da向中继DR传输数据包所需时间然后D2D用户Db依次复用第q个蜂窝上行链路用户Cq，计算出用户Db向中继DR传输数据包所需时间1≤q≤n且q≠i，q为整数，然后求出为中的最小值，再求出为和中的最大值；步骤B、求出tmin,t