宏蜂窝和小蜂窝异构网络中的D2D通信方法

摘要

本发明公开了一种宏蜂窝和小蜂窝异构网络中的D2D通信方法，该D2D通信方法提出了5种D2D通信模式：包括专用模式、宏蜂窝模式和复用宏蜂窝信道模式、小蜂窝模式和复用小蜂窝信道模式，D2D用户选择采用系统能量效率最高的D2D通信模式进行通信。本发明的D2D通信方法在现有的D2D通信方法中增加了小蜂窝模式和复用小蜂窝信道模式，丰富了D2D用户所能选择的模式数量，增加了D2D模式选择的自由度，且充分利用了宏蜂窝和小蜂窝异构网络下的工作特点，提高了频谱利用率，且D2D用户采用系统能量效率最高的D2D通信模式进行通信，综合考虑D2D通信的频谱利用率和能量损耗，在提高频谱利用率的同时尽可能的降低能耗。

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种宏蜂窝和小蜂窝异构网络中 的D2D通信方法。

背景技术

随着无线通信系统的迅猛发展，已有的单一网络系统已经无法满 足高速率、大信道容量、高服务质量的通信要求，下一代无线通信技 术正朝着多种无线网络异构融合的方向发展。异构网络是指在宏基站 覆盖的范围内，引入其他通信方式，有针对性地加强特定区域的覆盖， 形成多层覆盖的一种网络结构，具有网络建网灵活，维护成本低廉， 因而受到了广泛的关注。在单一的宏蜂窝网络中引入小蜂窝是目前使 用较为广泛的异构网络，小蜂窝分布于宏蜂窝内，每个小蜂窝都有独 立的小基站（small cell base station，SBS）。小蜂窝是指覆盖范围相对 宏蜂窝覆盖较小的蜂窝网络。每个小蜂窝小基站可以由蜂窝网络运营 商或者消费者部署。通过引入小蜂窝能够有效地减轻宏蜂窝负载量， 提高用户通信质量。

终端直通(Device-to-Device,D2D)通信是一种在系统的控制下， 允许终端之间通过复用蜂窝信道进行直连通信的新型技术，它能够增 加蜂窝系统的频谱利用效率、减轻蜂窝小区基站的负荷、降低终端发 射功率、提升系统整体吞吐量，在一定程度上解决无线通信系统频谱 资源匮乏的问题。

D2D通信模式是D2D通信中非常重要的一个问题，通过选择合 适的通信模式，蜂窝网络的频谱效率可以得到极大的提高。在单一网 络中，D2D用户（即D2D通信双方，包括D2D发射端和D2D接收 端）可以采用三种模式进行通信：

（1）宏蜂窝模式：与传统的蜂窝通信模式一样，以宏基站作为 中继来实现D2D用户之间的信息传输，且使用未被同小区内其他蜂 窝用户使用的宏蜂窝信道，该信道在D2D用户不通信时，可被宏蜂 窝用户使用；

（2）专用模式：D2D用户直接通信，不需要通过基站中继，使 用宏蜂窝专门为其分配的专用信道，该专用信道未被其他宏蜂窝用户 使用的宏蜂窝信道，且只能被D2D用户使用，在D2D用户不通信时 该信道空闲，不可被宏蜂窝用户使用；

（3）复用宏蜂窝信道模式：D2D用户直接通信，不需要通过基 站中继。与专用信道模式不同，复用信道模式下，D2D用户的与被 复用蜂窝用户共同使用相同的信道。

在宏蜂窝和小蜂窝异构网络中，蜂窝的信道资源与单一网络有很 大不同，小蜂窝会占用部分宏蜂窝信道资源或者使用新的信道资源。 因此，在异构网络下，D2D模式选择会与单一宏蜂窝网络下的模式 选择会有很大不同，且宏蜂窝和小蜂窝异构网络中由于引入一定数量 的小蜂窝，进行信道复用提高了频谱利用率，但是由于信道复用，使 通信系统的干扰增强，进而导致整个异构网络的能耗增大，因此可以 认为提高频谱利用率和降低能耗存在一定的矛盾。在提高频谱利用率 的同时尽可能的降低能耗，解决二者之间的矛盾，是宏蜂窝和小蜂窝 异构网络中的D2D通信所要解决的一个重要问题。而现有文献未考 虑宏蜂窝和小蜂窝异构网络中的D2D通信的D2D模式选择问题，更 未同时考虑提高频谱利用率和降低能耗问题。

发明内容

本发明针对现有的宏蜂窝和小蜂窝异构网络中的D2D通信存在 的不足，提供了一种宏蜂窝和小蜂窝异构网络中的D2D通信方法， 该方法能够有效提高频谱利用率和降低能耗问题。

一种宏蜂窝和小蜂窝异构网络中的D2D通信方法，所述的宏蜂 窝和小蜂窝异构网络具有5种可供选择的D2D通信模式，分别为专 用模式、宏蜂窝模式、复用宏蜂窝信道模式、小蜂窝模式和复用小蜂 窝信道模式，

在小蜂窝模式下，D2D用户以小基站为中继进行通信，并使用 干扰最小的小蜂窝信道，

在复用小蜂窝信道模式下，D2D用户直接通信，并复用对D2D 接收端干扰最小的小蜂窝用户的信道；

所述的D2D通信方法包括：

（1）分别计算5种D2D通信模式下的D2D通信系统的系统能 量效率，

（2）比较并确定统能量效率最高的D2D通信模式，

（3）D2D用户采用步骤（2）确定的D2D通信模式进行通信；

所述的D2D通信系统包括D2D用户、被复用宏蜂窝用户、被复 用小蜂窝用户和被干扰小蜂窝用户；

所述的系统能量效率为D2D通信系统中所有用户的总信道容量 与总带宽和总发射功率之积的比值。

被复用宏蜂窝用户定义为D2D采用复用宏蜂窝模式时与D2D用 户共享信道的宏蜂窝用户，被复用小蜂窝用户定义为D2D采用复用 小蜂窝模式时与D2D用户共享信道的小蜂窝用户，被干扰小蜂窝用 户定义为D2D采用小蜂窝模式时与D2D用户共享信道的小蜂窝用户。 本发明，在任何模式下，被复用宏蜂窝用户，被复用小蜂窝用户和被 干扰小蜂窝用户均存在，被视为D2D通信系统。

本发明的D2D通信方法相对于现有的单一蜂窝网的D2D通信方 法，除了现有的3种D2D通信模式（包括专用模式、宏蜂窝模式和 复用宏蜂窝信道模式）外，还提供了小蜂窝模式和复用小蜂窝信道模 式，充分利用了宏蜂窝和小蜂窝异构网络的特点，提高了频谱利用率。 且本发明还定义了系统能量效率，D2D用户采用系统能量效率最高 的D2D通信模式进行通信，综合考虑D2D通信的频谱利用率和能量 损耗，系统能量效率最高时，频谱利用率和能量损耗均达到最佳值， 使二者相互平衡，有效解决了二者之间的矛盾。

所述的宏蜂窝模式和小蜂窝模式的系统能量效率可根据D2D用 户所处位置确定：

若D2D用户处于小蜂窝的覆盖范围内，则令宏蜂窝模式的系统 能量效率为0；

否则，令小蜂窝模式的系统能量效率为0。

其中，根据D2D用户接收到的信号强度判断D2D用户是否处于 同一小蜂窝的覆盖范围：

若D2D用户接收到的宏基站的信号强度小于来自同一小基站的 信号强度，则判定D2D用户处于同一小蜂窝覆盖范围内；

否则，判定D2D用户处于小蜂窝覆盖范围外。

D2D用户处于同一小蜂窝覆盖范围内，则采用小蜂窝模式进行 通信必定比采用宏蜂窝模式进行通信时的系统能量效率低，反之，采 用宏蜂窝模式进行通信必定比采用小蜂窝模式进行通信时的系统能 量效率低。由于D2D用户选择系统能量效率最大的D2D通信模式， 则根据D2D用户是否处于同一小蜂窝覆盖范围内直接确定宏蜂窝模 式或小蜂窝模式的系统能量效率为0，能够有效减小运算量，提高通 信速率。

所述的系统能量效率根据公式：

$\eta =\frac{C_1+C_2+C_3+C_4}{P\times W}$

计算，其中：

C₁表示D2D用户的信道容量，

C₂表示被复用宏蜂窝用户的信道容量，

C₃表示所有被复用小蜂窝用户的总信道容量，

C₄表示所有被干扰小蜂窝用户的总信道容量，

P为D2D通信系统中所有用户的发射功率之和，

W为D2D通信系统中所有用户的信道带宽之和。

信道容量是指信道能提供的最大速率，信道容量根据香农 （Shannon）信道容量公式：

$C={W\log }_2(1+\frac{S}{I+N})$

计算，其中S，I，N分别表示为接收端的接收到的信号强度、

干扰和噪声功率,W表示为信道带宽，计算不同用户的信道容量时S， I和N的取值不同。5种D2D通信模式下D2D发射端的发射功率：

（a）专用模式：

（b）宏蜂窝模式：

（c）复用宏蜂窝信道模式：

（d）小蜂窝模式：$P_D=\frac{(N_0{W}_D+I_{n_0}^{\prime }){\gamma }_{\mathrm{dth}}}{H_{\mathrm{as}}^{n_0}},$

（e）复用小蜂窝信道模式：

其中，P_D表示D2D发射端的发射功率，γ_dth为D2D通信链路的 信干噪比门限，N₀为噪声功率谱密度，H_ab为D2D通信双方之间的信 道增益，H_aB为D2D发射端与宏基站之间的信道增益，为D2D发 射端与其所属小基站之间的信道增益，I_MR为被复用宏蜂窝用户对 D2D接收端的干扰，为被干扰小蜂窝用户对D2D用户所属小基站 的干扰，I_SR为所有被复用小蜂窝用户对D2D接收端的干扰，W_D为 D2D发射端的信道带宽。由于采用小蜂窝模式时，D2D通信双方（包 括发射端和接收端）必须在同一小蜂窝覆盖范围内，此时D2D用户 所属小基站就是D2D接收端所属的小基站。

不同D2D通信模式下，D2D用户的信道来源如下：

专用模式下，宏基站为D2D用户分配任意未被其他宏蜂窝用户 使用的宏蜂窝信道，在D2D用户不采用专用模式通信时，该信道保 持空闲状态，不被宏蜂窝用户使用，因此该信道被认为是专用信道。 该模式下：W_D=W_DE，W_DE为专用信道的带宽；

复用宏蜂窝信道模式下，D2D接收端感知已被使用的宏蜂窝信 道上的干扰，选择干扰最小的宏蜂窝信道进行复用，该模式下： W_D=W_MR，W_MR为被复用信道的带宽；

宏蜂窝信道模式下，宏基站为D2D分配任意未被本小区其他用 户使用的空闲宏蜂窝信道，且在D2D用户不采用专用模式通信时， 该信道可以被宏蜂窝用户使用，该模式下：W_D=W_M，W_M为宏蜂窝分 配给D2D发射端的信道带宽；

小蜂窝信道模式下，D2D用户所属小基站感知小蜂窝信道上的 干扰，为D2D发射端分配干扰最小的小蜂窝信道，该信道可能空闲 也正在被小蜂窝用户使用该模式下：W_D=W_S，W_S为被干扰小蜂窝用户 的带宽；

复用小蜂窝信道模式时，D2D接收端感知已被使用的小蜂窝信 道上的干扰，选择干扰最小的小蜂窝信道进行复用，该信道正在被小 蜂窝用户使用，该模式下：W_D=W_SR，W_SR为被复用小蜂窝用户的信道 带宽记。

D2D发射功率P_D根据接收端的信干噪比门限要求确定，任何模 式下的D2D接收端接收到的信干噪比等于某一门限γ_dth，即：

$\mathrm{SINR}=\frac{P_D{H}_{\mathrm{ab}}}{I+N_0}={\gamma }_{\mathrm{dth}}$

D2D用户的信道容量C₁根据香农公式：

C₁＝W_Dlog₂(1+γ_dth)

计算。

被复用宏蜂窝用户的信道容量C₂根据：

$C_2=W_{\mathrm{MR}}{\log }_2(1+\frac{S_m}{I_{\mathrm{aB}}+N_0{W}_{\mathrm{MR}}})$

计算，其中：

W_MR为被复用宏蜂窝用户的信道带宽，

N₀为噪声功率谱密度，

S_m为宏基站接收到的来自被复用宏蜂窝用户的信号强度，

I_aB为D2D发射端对宏基站的干扰强度，且复用宏蜂窝信道模式 下：

I_aB＝P_DH_aB，

在其他模式下，D2D不复用宏蜂窝用户信道，因此D2D用户不 对蜂窝系统造成任何干扰，同时，D2D也不收到宏蜂窝用户带来的 干扰，因此，其余D2D通信模式下：I_aB＝0。

所有被复用小蜂窝用户的总信道容量C₃根据公式：

$C_3=\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{C}_S^n=\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{W}_{\mathrm{SR}}{\log }_2(1+\frac{S_n}{I_{\mathrm{as}}^n+I_n+N_0{W}_{\mathrm{SR}}})$

计算，其中：

W_SR为被复用小蜂窝用户的信道带宽，

N为被复用小蜂窝用户的个数，

为被复用小蜂窝用户n的信道容量，

I_n为被复用小蜂窝用户n所属小基站接收到的来自于其他被复 用的小蜂窝用户的干扰强度，

为D2D发射端与被复用小蜂窝用户n所属小基站之间的信道 增益，

S_n为被复用的小蜂窝用户n所属小基站接收到的来自被复用小 蜂窝用户n的信号强度，

为D2D发射端对被复用小蜂窝用户n所属小基站的干扰强度， 且复用小蜂窝信道模式时：其余模式下

本发明考虑不同小蜂窝内的小蜂窝用户可能采用同一小蜂窝信 道，因此本发明考虑共有N个处于不同小蜂窝内的小蜂窝用户采用同 一被复用小蜂窝信道，即有N个小蜂窝用户会受到D2D用户干扰。 在其他模式下，D2D不复用这些小蜂窝信道，因此这些小蜂窝用户 不受到来自D2D用户复用带来的干扰，因此

所有被干扰小蜂窝用户的总信道容量C₄根据公式：

$C_4=\underset{r=1}{\overset{R}{\Sigma }}{C}_S^r=\underset{r=1}{\overset{R}{\Sigma }}{W}_S{\log }_2(1+\frac{S_r}{I_{\mathrm{as}}^r+I_r+N_0{W}_S})$

计算，其中：

R为被干扰小蜂窝用户的个数，

为被干扰小蜂窝用户r的信道容量，

I_r为被干扰小蜂窝用户r所属小基站接收到的来自于其他被干扰 小蜂窝用户的干扰，

为D2D发射端与被干扰小蜂窝用户r所属小基站之间的信道 增益，

S_r为被干扰小蜂窝用户r所属小基站接收到的来自被干扰小蜂 窝用户r的信号强度，

为D2D发射端对被复用小蜂窝用户r所属小基站的干扰强度， 且复用小蜂窝信道模式下：

$I_{\mathrm{aS}}^r=P_D{H}_{\mathrm{aS}}^r,$

其余D2D通信模式下：

同前文所述，本发明考虑不同小蜂窝内的小蜂窝用户可能采用同 一小蜂窝信道，因此本发明考虑共有R个处于不同小区的小蜂窝用户 采用同一小蜂窝信道，即有R个小蜂窝用户会受到D2D用户干扰。 在其他模式下，D2D不使用这些小蜂窝信道，因此这些小蜂窝用户 不受到来自D2D带来的干扰，因此

所述的D2D通信系统中所有用户的信道带宽之和为：

专用模式下：W＝W_DE+W_MR+W_SR+W_S，

宏蜂窝模式下：W＝2W_M+W_MR+W_SR+W_S，

其他D2D通信模式下：W＝W_MR+W_SR+W_S。

其中，W_DE为宏蜂窝分配给D2D用户的专用信道的带宽，W_M为 小宏蜂窝分配给D2D发射端的信道带宽。计算信道带宽之和时，相 同的信道的带宽不重复计算。在专用模式和宏蜂窝模式下，系统需要 为D2D用户另外分配信道，其他模式下，系统不需要为D2D用过户 另外分配信道。在宏蜂窝模式下，由于D2D通信过程以小基站为中 继，因此此时D2D接收端也需要信道，其信道带宽也为W_M，所以此 时D2D用户的带宽为2W_M。

本发明的宏蜂窝和小蜂窝异构网络中的D2D通信方法相对于现 有的单一蜂窝网的D2D通信方法，提出了5种D2D通信模式：包括 专用模式、宏蜂窝模式和复用宏蜂窝信道模式、小蜂窝模式和复用小 蜂窝信道模式，丰富了D2D用户所能选择的模式数量，增加了D2D 模式选择的自由度，引入的小蜂窝模式和复用小蜂窝信道模式充分利 用了宏蜂窝和小蜂窝异构网络的特点，提高频谱了频谱利用率。且定 义了系统能量效率，D2D用户采用系统能量效率最高的D2D通信模 式进行通信，综合考虑D2D通信的频谱利用率和能量损耗，在提高 频谱利用率的同时尽可能的降低能耗。

附图说明

图1为本发明的5种D2D通信模式的示意图；

图2为本发明的宏蜂窝和小蜂窝异构网络中的D2D通信方法的 流程图；

图3为5种D2D通信模式下D2D通信系统的系统能量效率的计 算流程；

图4为本实施例中平均系统能量效率累与D2D通信双方之间距 离的函数关系。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

本实施例中：

定义同频用户为使用同一条信道的用户；

定义被复用宏蜂窝用户为D2D采用复用宏蜂窝信道模式时与 D2D共享同一信道的宏蜂窝用户；

定义被复用小蜂窝用户为D2D采用复用小蜂窝信道模式时与 D2D共享同一信道的小蜂窝用户；

定义被干扰小蜂窝用户为D2D采用小蜂窝信道模式时与D2D发 射端共享同一信道的小蜂窝用户；

定义D2D用户为需要进行直连通信的通信双方，包括发射端a 和接收端b；

定义系统能量效率为D2D用户、被干扰的宏蜂窝和被复用小蜂 窝用户组成的系统（即D2D通信系统）的总信道容量与该系统中所 有用户的总发射功率和所占带宽之积的比值，单位为bps/mW/Hz；

定义信号强度和干扰强度分别为接收到的有用信号和干扰的功 率。

本实施例宏蜂窝和小蜂窝异构网络中的D2D通信方法的应用场 景如下：

宏蜂窝覆盖半径R_MB＝1000m，小蜂窝覆盖半径为R_SB＝100m，D2D 用户之间距离为50～250m；一个宏蜂窝内部署有6个宏蜂窝用户，2 个覆盖范围不重叠的小蜂窝拥有同样的可分配信道资源，每个小蜂窝 各有2个小蜂窝用户，被复用小蜂窝的数量；同一小蜂窝内的用户使 用不同的信道，即同一小蜂窝内的用户之间不存在干扰，不同小蜂窝 中的用户可以使用相同的信道，且使用相同信道的不同小蜂窝用户之 间存在干扰，存在未被使用的空闲小蜂窝信道，即D2D用户采用小 蜂窝模式时不干扰其他小蜂窝用户，因此R＝0；1对D2D用户需要 进行模式选择；D2D用户SINR门限γ_dth均为15dB，所有用户（包括 发射端a、接收端b、宏蜂窝用户和小蜂窝用户）带宽均为1MHz； 噪声功率谱密度N₀为-174dBm/Hz；蜂窝通信链路的路径损失为 128.1+37.6log10(d)，单位为dB，其中d表示通信双方之间的距离， 单位为km，阴影衰落的均值为0、方差为10dB。

本实施例的宏蜂窝和小蜂窝异构网络中的D2D通信方法中D2D 用户可在5种可供选择的D2D通信模式中选择一种进行D2D通信。 如图1所示，分别为5种可供选择的D2D通信模式：宏蜂窝模式、 小蜂窝模式、复用宏蜂窝信道模式、复用小蜂窝信道模式和专用模式 的示意图，具体如下：

宏蜂窝模式：与传统的蜂窝通信模式一样，以宏基站作为继来实 现D2D用户之间的信息传输，且使用未被同小区内其他蜂窝用户使 用的宏蜂窝信道，该信道在D2D用户不通信时，可被宏蜂窝用户使 用；

专用模式：两用户直接通信，不需要通过基站中继，使用未被同 小区内其他蜂窝用户使用的宏蜂窝信道，且该信道只能被D2D用户 使用，在D2D用户不通信时该信道空闲，不可被宏蜂窝用户使用；

复用宏蜂窝信道模式：两用户直接通信。与专用信道模式不同， 复用信道模式下，D2D用户与被复用蜂窝用户共同使用相同的信道；

小蜂窝模式：D2D用户以小基站为中继进行通信，并使用未被 小蜂窝用户使用的空闲信道；

复用宏蜂窝信道模式：D2D用户直接通信，并复用对D2D接收 端干扰最小的小蜂窝用户的信道。

本实施例的宏蜂窝和小蜂窝异构网络中的D2D通信方法的工作 流程如2所示，包括以下步骤：

（1）分别计算5种D2D通信模式下的D2D通信系统的系统能 量效率；

（2）比较并确定统能量效率最高的D2D通信模式；

（3）D2D用户采用步骤（2）确定的D2D通信模式进行通信。

步骤（1）中根据以下方法计算5种D2D通信模式下的D2D通 信系统的系统能量效率，如图3所示，包括：

S101、分别获取D2D通信双方（即D2D用户：发射端a和接收 端b）接收到的来自宏基站信号强度和来自所有小基站的最大信号强 度，

S102、根据步骤S101获取的信号强度大小判断D2D通信双方是 否处于同一小蜂窝覆盖范围内：

若发射端a和接收端b接收到的来自宏基站的信号强度小于来自 同一小基站的信号强度，则判定发射端a和接收端b处于同一小蜂窝 覆盖范围内，令宏蜂窝模式下的D2D通信系统的系统能量效率为0；

否则，判定发射端a和接收端b处于小蜂窝覆盖范围外，令小蜂 窝模式下的D2D通信系统的系统能量效率为0。

本实施例中判定结果为：发射端a和接收端b处于同一小蜂窝覆 盖范围内，对应于小基站n₀，则宏蜂窝模式下的D2D通信系统的系 统能量效率为0。

S103、获取计算系能量效率所需的参数

（a）获取D2D通信双方，即发射端a和接收端b之间的信道增 益H_ab，发射端a到宏基站之间的信道增益H_aB，以及发射端a与其所 属小基站n₀之间的信道增益

（b）确定被复用宏蜂窝用户及相关参数

根据D2D接收端感知到的来自所有宏蜂窝用户的干扰，选择复 用干扰最小的蜂窝用户信道，带宽为W_MR，该干扰功率强度记为I_MR；

（c）确定被复用小蜂窝用户及相关参数

（c1）接收端b感知已被小蜂窝用户使用的小蜂窝信道上的来自 小蜂窝用户的干扰，选择干扰最小的信道进行复用，将该信道上的干 扰记为I_SR，

（c2）将使用干扰最小的信道小蜂窝用户定义为被复用小蜂窝用 户，并获取：

发射端a和各个被复用小蜂窝用户所属小基站之间的信道增益， 记为，其中n表示被复用小蜂窝用户编号，n＝1…N，N表示被复 用小蜂窝用户总数，本实施中N＝2，

以及各个被复用小蜂窝用户所属小基站在被选信道上接收到的 干扰及信号强度，分别记为I_n，S_n，n＝1…N；

（d）确定被干扰用户以及相关参数

根据D2D接收端所属小基站n₀感知到的来自其他小基站的小蜂 窝用户的干扰，选择干扰最小的小蜂窝用户信道分配给D2D发射端， 带宽为W_S，该最小干扰功率强度记为，使用该信道的小蜂窝用户 即为被干扰的小蜂窝用户。

S104、根据步骤S103获取的参数分别计算5种D2D通信模式下 D2D发射端的发射功率：

（a）专用模式：

（b）宏蜂窝模式：

（c）复用宏蜂窝信道模式：

（d）小蜂窝模式：$P_D=\frac{(N_0{W}_D+I_{n_0}^{\prime }){\gamma }_{\mathrm{dth}}}{H_{\mathrm{as}}^{n_0}},$

（e）复用小蜂窝信道模式：

S105、根据公式：

$\eta =\frac{C_1+C_2+C_3+C_4}{P\times W}$

计算，其中：

C₁表示D2D用户的信道容量，根据公式：

C₁＝W_Dlog₂(1+γ_dth)

计算得到，

C₂表示被复用宏蜂窝用户的信道容量，根据公式：

$C_2=W_{\mathrm{MR}}{\log }_2(1+\frac{S_m}{I_{\mathrm{aB}}+N_0{W}_{\mathrm{MR}}})$

计算，其中，I_aB为D2D发射端对宏基站的干扰强度，且复用宏 蜂窝信道模式下：I_aB＝P_DH_aB，其余模式下：I_aB＝0；

C₃表示所有被复用小蜂窝用户的总信道容量，根据公式：

$C_3=\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{C}_S^n=\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{W}_{\mathrm{SR}}{\log }_2(1+\frac{S_n}{I_{\mathrm{as}}^n+I_n+N_0{W}_{\mathrm{SR}}})$

计算，为D2D发射端对被复用小蜂窝用户n所属小基站的干 扰强度，且复用小蜂窝信道模式时：其余模式下

C₄表示所有被干扰小蜂窝用户的总信道容量，根据公式：

$C_4=\underset{r=1}{\overset{R}{\Sigma }}{C}_S^r=\underset{r=1}{\overset{R}{\Sigma }}{W}_S{\log }_2(1+\frac{S_r}{I_{\mathrm{as}}^r+I_r+N_0{W}_S})$

计算，其中：

为D2D发射端对被复用小蜂窝用户r所属小基站的干扰强度， 且复用小蜂窝信道模式时：其余模式下R为被干 扰小蜂窝用户的个数，本实施例中R＝0；

P为被复用宏蜂窝用户、被复用小蜂窝用户、被干扰的小蜂窝用 户以及D2D用户的发射功率之和，其中被复用宏蜂窝用户的功率由 宏蜂窝获取、被复用小蜂窝用户、被干扰的小蜂窝用户的功率由上述 用户所属基站向宏基站反馈；

W为D2D通信系统中所有用户的信道带宽之和，不同D2D通信 模式下表示为：

专用模式下：W＝W_DE+W_MR+W_SR+W_S，

宏蜂窝模式下：W＝2W_M+W_MR+W_SR+W_S，

其他D2D通信模式下：W＝W_MR+W_SR+W_S，

其中，W_DE为宏蜂窝分配给D2D发射端的专用信道的带宽，W_M为 小宏蜂窝分配给D2D用户的信道带宽。

本实施例中：W_DE＝1MHZ，W_MR＝1MHZ，W_SR＝1MHZ，W_S＝1MHZ， W_M＝1MHZ。

平均系统能量效率表示为每10000次仿真系统能量效率样本的 平均值。由于小蜂窝模式要求D2D通信双方处于同一小蜂窝覆盖范 围，并非所有D2D通信都可以采用单一的小蜂窝模式，因此单一的 小蜂窝模式不具备可比性。图3为10000次仿真中所有的D2D用户 采用不同单一模式（分别为宏蜂窝模式、复用宏蜂窝信道模式、小蜂 窝模式和复用小蜂窝信道模式）通信以及本发明所提方法通信下的平 均系统能量效率与D2D通信双方之间距离的函数关系。可以看出， 所提供的模式选择方法相比单一模式可以提供更大的能量效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并 不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。