具有直接到装置通信的接入网中的通信方法、以及对应基站、计算机程序产品和信息介质

摘要

本发明涉及由接入网的基站实现的用于向终端分配谱资源的通信方法，意图是所述终端之间的直接通信(D2D)，该站已向具有经由其基站建立的通信的所服务的终端(CU

说明书

技术领域

本发明涉及电信的领域。在该领域中，本发明特别涉及接入网。

电信系统的接入网包括构成终端和接入网之间的接口的接入点。在蜂窝接入网(有时称为“移动”网络)中，接入点被统称为“基站”。

试图设立与目的地的通信的移动终端必须利用基站来标识，并且必须请求由基站服务。如果基站能向终端分配谱资源，则基站能服务该终端。

移动接入网能面临对于通信容量的增加需求，由此导致基站上的负荷增加。当基站已分配全部其谱资源时，其被完全装载。在已释放其谱资源中的一些之前，基站不再能服务任何新终端。

背景技术

最近，已提出[1]引入接入网内两个终端之间的直接到装置(D2D)通信的概念。一对所谓D2D终端由此通信，而不经由基站传递。这需要两个终端在作为用于提供传输的技术的函数的某一最大距离内彼此靠近。

这样的直接通信对于经由基站建立的通信没有影响。这样的通信生成干扰，并且更具体地对共享相同谱资源的终端的通信的干扰。

这些直接通信使得通信总量能增加超出基站的全负荷，并由此使得可能改进接入网的谱效率，然而它们能对经由基站中继的通信具有影响，因为它们生成能降低信号对干扰和噪声比(SINR)并且能由此降低基站所服务的终端的服务质量(QoS)的干扰。

由此，基站通过向其覆盖区中所标识的终端分配谱资源来服务它们，这些终端被称为CU_i。假设基站被完全装载，即使等待谱资源的其覆盖范围中的所标识的终端对由基站标识为等待对D2D_j。

为了限制干扰的影响，已知基站能执行的启发式方法[2]。在该启发式方法中，基站按照它们的递减信道增益(g_i,B)的顺序来对所标识的终端CU_s(即，基站已向其分配谱资源的终端)的列表进行排序。考虑到该列表中的第一终端CU₁，该方法然后搜索终端对D2D_j来共享第一终端的谱资源。基站在等待对D2D_j的集合中搜索具有用于干扰链路h_1j的最小信道增益的对，当终端CU₁向基站传送并且该终端对D2D_j正从该对的另一终端接收传送时，涉及该干扰链路。如果满足与两个通信关联的最小SINR QoS标准，则基站授权该终端对D2D_j与第一终端CU₁共享谱资源，并且其从等待终端对D2D_j的集合中消除该终端对D2D_j。该方法对于第二终端CU₂重复以上步骤。对于所有等待终端对D2D_j这样，除非算法在达到终端CU_s的列表的末端时停止。

发明内容

本发明提出了这样的技术，在保证接入网的基站所服务的终端、和被授权在与所服务的终端的上行链路共享谱资源的同时直接通信的终端对两者的QoS的同时，使得接入网的总体数据率最大化。

本发明提供了一种通信方法，由接入网的基站执行用于在该站所标识的终端之间分配上行链路谱资源。该站已向其分配其全部谱资源的一些这样标识的终端具有经由基站传递的通信。这些终端CU被称为“被服务的”。该方法包括：

·在候选终端和对全部满足它们的相应QoS标准的唯一约束下，通过确定作为与终端对D2D_j共享它们的相应谱资源的候选的所服务的终端的集合，来验证作为直接通信的候选的终端对D2D_j的准入性。

作为有时被称为返回链路的信令信道中交换的数据的结果，基站SB知道哪些终端在其无线电覆盖区中活动。这些终端被称为“标识的”。一般来说，基站通过恢复由寻求接入该接入网的任何终端供应的标识符，来标识这些终端。取决于接入网的类型，该标识符可例如对应于移动台国际订户目录号(MSISDN)，更一般地称为电话号码。基站还知道各个标识的终端所请求的通信的目的地。基站由此能够(in a position)检测这样的终端对，它们位于其覆盖区中并且寻求彼此设立通信，并由此潜在能够实现直接通信，而不经由基站传递。

有利地，该站在符合用于候选终端和终端对两者的QoS标准的同时，确定作为用于与终端对D2D_j共享它们的相应谱资源的候选的全部所服务的终端的集合。该QoS标准可被规定为用于给定数据率的最小SINR值。

由此，该方法确定作为与终端对共享它们的相应谱资源的候选的全部所服务的终端。与现有技术不同，本发明的方法不总是利用导致对于能够共享相同谱资源的终端对所接收的信号的最小干扰的候选终端，而是确定不管终端对可接收的扰动、满足QoS标准的候选终端的集合。

仅当终端对不管候选终端可引起的扰动满足其QoS标准时、并且仅当基站遵守满足所服务的终端的QoS标准时，终端能够是该方法中的候选。由此，该方法使得可能当从使得能实现最佳总体数据率的候选终端的集合选择最佳候选终端时、考虑一个或多个其他标准，与可忽略所服务的终端之中的更大潜力的某些候选的现有技术不同(更大潜力的候选是这样的服务的终端CU，在满足考虑的QoS标准的同时，所述服务的终端CU能导致大于指定的服务的终端CU和考虑的对D2D的组合数据率的、那个所服务的终端和考虑的对D2D的组合通信数据率)。

如果候选终端的集合为空，则不授权终端对D2D_j直接通信，并且必须等待并更新其请求，以在稍后时间设立与基站的通信。基站已分配其全部谱资源，这样其不能服务这对终端，并且在缺少构成用于在符合QoS标准的同时共享其谱资源的候选的至少一个终端的情况下，其不能授权任何直接通信。

当存在作为直接通信的候选的多个终端对D2D_j时，可对于各个终端对执行准入验证。验证然后导致与存在的正验证其准入性的终端对一样多的候选终端的集合。

在实现中，该方法进一步，对于准入对D2D_j和对于所述对的集合R_j的每一终端CU_i，确定与终端CU_i和对D2D_j分别关联的传送功率对，使得该传送功率对应于用于终端CU_i和用于对D2D_j的最大组合数据率。

由此，本发明的方法单独处理QoS约束，并且还确定用于候选终端和用于对的功率电平，以便实现最大组合数据率。该操作使得可能简化达到最佳总体数据率的初始问题，该最佳总体数据率用于完全装载的基站所服务的通信、以及利用已分配的谱资源的共享而授权的直接通信。

在特定实现中，终端CU_i形成集合的一部分，如果其满足以下方程组的话：

$>\left(\begin{array}{c}0\le \frac{(g_j{\xi }_{i,\min }^c+h_{j,B}{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d){{\sigma }_N}^2}{g_j{g}_{i,B}-{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d{h}_{i,j}{h}_{j,B}}\le P_{\max },\\ 0\le \frac{(g_{i,j}{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{i,\min }^d+g_{j,B}{\xi }_{j,\min }^d){{\sigma }_N}^2}{g_j{g}_{i,B}-{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d{h}_{i,j}{h}_{j,B}}\le P_{\max }.\end{array}\right)$>

其中：

g_j，对D2D_j的终端之间的信道增益；

g_i,B，上行链路上的终端CU_i和基站之间的信道增益；

h_j,B，从该对D2D_j的发射机到基站的干扰链路的信道增益；

h_ij，从终端CU_i到该对D2D_j的接收机的干扰链路的信道增益；

σ_N，每一信道上的加性高斯白噪声的功率；

P_max，终端的最大传送功率；

对D2D_j所需要的最小SINR级别；和

终端CU_i所需要的最小SINR级别。

该站由此按照确定性方式来确定候选终端的集合。

基站SB使用接入网中部署的已知机制来存储所标识的终端的数据特性，诸如特别是传送使得可能确定信道的增益的导频信号。基站由此知道对D2D_j的终端之间的信道增益写作g_j(即，当该对的终端之一正在传送而另一终端正在接收时)、上行链路上的终端CU_i和基站之间的信道增益写作g_i,B(即，当终端CU_i正在传送而基站正在接收时)、从该对的发射机D2D_j到基站的干扰链路的信道增益写作h_j,B(即，当在基站正从终端CU_i接收传送的同时、该对的终端之一正向该对的另一终端传送时)、从终端CU_i到该对D2D_j的接收机的干扰链路的信道增益被写为h_i,j(即，当在该对的终端之一正从该对的另一终端接收传送的同时、终端CU_i正向基站传送时)、每一信道上的加性高斯白噪声的功率写作σ_N、终端的最大传送功率写作P_max、该对D2D_j所需要的最小SINR级别写作以及终端CU_i所需要的最小SINR级别写作

在特定实现中，如果终端CU_i与终端对D2D_j的接收机终端的距离大于或等于通过以下方程组确定的距离，则终端CU_i属于集合R_j:

$>L_{i,\mathrm{jRx}}^{\min }=\left(\begin{array}{cc}{\left[\frac{K{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d{P}_{\max }}{(P_{\max }{g}_{i,B}-{\xi }_{i,\min }^c{{\sigma }_N}^2)\beta -{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d{{\sigma }_N}^2}\right]}^{\frac{1}{\alpha }}& \frac{P_{\max }{g}_{i,B}}{{{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B}}\le {\xi }_{i,\min }^c,\\ {\left[\frac{K{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d({{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B})}{g_{i,B}(P_{\max }{g}_j-{\xi }_{j,\min }^d{{\sigma }_N}^2)}\right]}^{\frac{1}{\alpha }}& \frac{P_{\max }{g}_{i,B}}{{{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B}}>{\xi }_{i,\min }^c,\end{array}\right)$>

其中：

$>\beta =\frac{g_j}{h_{j,B}}$>

是对D2D_j的信道增益与从对D2D_j的发射机到基站的干扰链路的信道增益之间的增益因子，并且α是传播衰减，并且K是接入网的参数所确定的常数。

当基站考虑传播模型时并且当该传播模型使得两个实体m和n之间的信道增益通过以下方程：给出时，其中α是传播衰减，并且k是接入网的参数所确定的常数，该实现特别合适。

在特定实现中，对于对D2D_j，该方法使用以下方程组来确定与候选终端CU_i和对D2D_j分别关联的最佳传送功率对：

其中：

P₁＝{(P_max,P₁),(P_max,P₂)},

P₂＝{(P₃,P_max),(P₄,P_max)},

P₃＝{(P_max,P₁),(P_max,P_max),(P₄,P_max)},

$>P_1=\frac{({{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{i,j}){\xi }_{j,\min }^d}{g_j},$>

$>P_2=\frac{P_{\max }{g}_{i,B}-{\xi }_{i,\min }^c{{\sigma }_N}^2}{{\xi }_{i,\min }^c{h}_{j,B}},$>

$>P_3=\frac{P_{\max }{g}_j-{\xi }_{j,\min }^d{{\sigma }_N}^2}{{\xi }_{j,\min }^d{h}_{i,j}},$>

$>P_4=\frac{({{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B}){\xi }_{i,\min }^c}{g_{i,B}},$>

$>f(P_i^c,P_j^d)={\log }_2(1+{\xi }_i^c)+{\log }_2(1+{\xi }_j^d)$>是对候选终端与终端对D2D_j的相应数据率求和的函数。

该实现使得以下简单，即确定使得用于候选终端和用于该对的直接通信的组合通信数据率最大化的最佳功率对。

在实现中，该方法进一步包括确定符合本地数据率标准的集合的最佳终端。

当仅存在一个准入终端对D2D_j时或者当存在候选终端的集合分离的多个准入终端对时，该方法更特别适合。

根据候选终端的集合，该方法确定相对于对的最佳候选，即符合本地数据率标准的候选。该本地数据率标准对应于增加首先终端和终端对所实现的数据率的组合、与其次在没有与终端对共享其谱资源时该终端所实现的数据率之间的数据率；相对于该对的该最佳候选由此使得可能实现本地数据率的最大改进。

该模式由此使得可能通过在验证准入之后的候选终端之中确定优化本地数据率标准的候选终端，在确保用于网络的最佳数据率的同时，授权准入对的终端之间的直接通信。

在特定实现中，对于所有分离集合确定最佳终端。该实现特别适合其中存在候选终端的集合中的一些分离的多个准入终端对的情况。

在特定实现中，该方法进一步包括联合确定可能借助于权重优化算法使得本地数据率的增加最大化的集合的终端。

该实现特别适合其中存在候选终端的集合中的一些分离的多个准入终端对的情况。在这样的情况下，如果应同时发现单一终端是用于另一对的最佳终端，则在符合本地数据率标准的唯一约束下确定对的最佳终端能导致难度。

结果，在该实现中，该方法利用本领域技术人员已知的权重优化算法。这样的算法一般基于双向图形。该双向图形然后呈现一行上的每一终端对D2D_j、以及面对第一行的另一行上的候选终端。当终端是用于与该对共享资源的候选时，在该对和终端之间绘制链路。作为首先在共享资源的同时由终端和对实现的最大组合数据率、与其次在缺少资源共享时由终端实现的最大数据率之间的差的数据率的改进被看作与图形上的终端和终端对D2D_j之间的链路关联的权重。

这样的算法使得可能在使得数据率的增加最大化的同时，确定最佳终端，即，使得接入网的总体数据率的改进最大化的终端，即，在由经由基站传递的通信和在该对的终端之间直接传递的通信所构成的集合上。

在特定实现中，由非分离集合的组执行联合确定，即从非分离集合的组中排除分离集合。只要可能，非分离集合的组不包括能从该组分离的集合或另一组。

本发明还提供了适于实现本发明的通信方法的基站。

本发明还提供了包括本发明的至少一个基站的接入网。

本发明还应用到计算机程序，特别是数据介质上或中的并且适于执行本发明的计算机程序。该程序可使用任何编程语言，并且可以是源代码、目标代码、或源代码和目标代码之间的中间代码(诸如部分编译的形式或用于实现本发明的方法可期望的任何其他形式)的形式。

该数据介质可以是能够存储该程序的任何实体或装置。例如，该介质可包括诸如只读存储器(ROM)的存储部件，例如致密盘(CD)ROM或微电子电路ROM，或者事实上其可包括磁记录部件，例如软盘或硬盘。

作为选择，该数据介质可以是其中合并有程序的集成电路，该电路适于运行讨论的方法、或者在讨论的方法的运行中使用。

此外，该程序可变换为适于经由电缆或光缆、通过无线电、或通过其他部件传递的诸如电或光信号的可传送形式。本发明的程序可以特别从因特网类型网络下载。

附图说明

本发明的其他特征和优点根据作为非限制性示例给出的示例的以下描述出现，参考以下附图进行该描述。

图1是具有基站和该站所标识的终端的接入网的图。

图2是本发明的方法的实现的流程图。

图3a和3b是示出了通过QoS标准所强加的约束的图。

图4a、4b和4c示出了用于与对D2D_j共享资源的候选终端的准入区域的三种不同情况。

图5是向所有候选终端和对应对D2D_j的并集施加的优化算法的双向(bipartite)图。

具体实施方式

图1中示出了接入网。为了简化目的，仅示出了一个基站SB，然而接入网能具有其他基站。

覆盖区通过以基站为中心的圆圈而用图表特别表示。自然地，该区域的轮廓取决于环境，并且环境特别对于传播条件具有影响，并由此沿任何给定方向延伸(on range)。基站所标识的终端被示出为在基站周围或多或少地规则分布。自然地，使用该表示用于图解目的，并且实际上该分布是完全随机的。

标识的终端具有基站向其分配的用于设立该站所中继的通信的谱资源，其中这样的站被写为CU_i并且认为是被服务的。不过，当基站已分配了其所有谱资源时，其被完全装载并且其不能再为请求通信设立的所标识的终端服务。在设立通信的请求期间，基站已知道目的地的标识符。

通过与其自己的覆盖区中所标识的终端的列表进行比较，基站能确定该目的地是否形成那个列表的一部分。由此，基站能标识可能能够直接设立通信的终端对D2D_j。

在图1的图中，连续箭头代表来自基站已向其分配谱资源的终端CU_i的上行链路。虚线箭头代表相应终端对D2D_j之间的直接通信。点线箭头代表干扰链路。C＝{CU₁,CU₂,...,CU_i,...,CU_N}是该站所标识的已向其分配谱资源的终端CU_i的集合。D＝{D2D₁,D2D₂,...,D2D_j,...,D2D_M}是该站所标识的终端对D2D_j的集合。

本发明的通信方法然后使得基站能授权对D2D_j的终端之间的直接通信，即使基站被完全装载，如果符合特定约束的话。特别是，约束该授权以同时满足所服务的终端和授权直接传送的对的QoS标准。自然地，该QoS标准与经由基站的通信或者与直接通信关联；其可具有用于所服务的终端和用于终端对的不同值。

该方法由此通过检查对D2D_j是否可准入而开始。如果可能满足用于服务的终端和用于对D2D_j的每一个通信的QoS标准约束，则仅确定发现该对可准入。在准入性验证的结束，确定该对准入或不准入。如果至少一个服务的终端使得能满足QoS标准，则该对准入。认为这个终端是候选终端，并且R_j是用于对D2D_j的候选终端的集合。

QoS标准可对应于SINR的某一最小级别。其可具有某一其他形式，例如，用X％(其中X可以例如是99)的概率保证的最小SINR级别。

如果作为用于与一对终端共享它们相应的上行链路谱资源的候选的所服务的终端CU_i的集合R_j空，则终端对D2D_j不准入并且所以不被授权设立直接通信，因为不存在用于共享其谱资源的候选终端。

该方法开始授权中继通信的上行链路谱资源共享，因为该链路上的干扰仅对基站具有影响。

假设传播损耗由加性高斯白噪声支配。每一信道上的该加性高斯白噪声然后被写为σ_N²。

基站然后例如通过在标识阶段期间或者在请求通信设立之后恢复信令信道中交换的数据，知道以下信息：

g_j，对D2D_j的终端之间的信道增益；

g_i,B，终端CU_i和基站之间的信道增益；

h_j,B，该对D2D_j的发射机D2D_Tx_j到基站之间的干扰链路的信道增益，当在基站正从终端CU_i接收传送的同时、该对的终端向该对的另一终端传送时，涉及该信道；

h_ij，从终端CU_i到该对D2D_j的接收机D2T_Rx_j的干扰链路的增益，当在该对的终端正从该对的另一终端接收传送的同时、终端CU_i正向基站传送(即，通过上行链路)时，涉及该信道；

P_max，终端的最大传送功率；

对D2D_j所需要的最小SINR级别；和

终端CU_i所需要的最小SINR级别。

终端CU_i的传送功率被写为，对D2D_j(即，该对的发射机)的传送功率被写为

下面详细描述本发明的方法，并通过图2中示出的流程图来图示。

方法1包括验证2作为直接通信的候选的终端对D2D_j的准入。准入验证包括：

·确定作为用于与终端对D2D_j共享它们的相应谱资源的候选的被服务的终端CU_i的集合R_j。如果被服务的终端CU_i和该对满足它们的相应QoS标准，则该终端形成集合R_j的一部分。

在实现中，QoS标准对应于最小SINR级别。在特定实现中，如果被服务的终端CU_i和该对D2D_j满足以下方程组，则该终端属于集合R_j：

$>\left(\begin{array}{c}0\le \frac{(g_j{\xi }_{i,\min }^c+h_{j,B}{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d){{\sigma }_N}^2}{g_j{g}_{i,B}-{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d{h}_{i,j}{h}_{j,B}}\le P_{\max },\\ 0\le \frac{(g_{i,j}{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{i,\min }^d+g_{j,B}{\xi }_{j,\min }^d){{\sigma }_N}^2}{g_j{g}_{i,B}-{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d{h}_{i,j}{h}_{j,B}}\le P_{\max }.\end{array}\right)---\left(9\right)$>

在符合相应SINR的同时并且在优化接入网的总体吞吐量的同时、使得与集合R_j的终端共享资源的对D2D_j准入能通过以下方程组来公式化：

$>\underset{{\rho }_{i,j},P_i^c,P_j^d}{\max }\{\underset{i\in C}{\Sigma }{\log }_2(1+{\xi }_i^c)+\underset{j\in S}{\Sigma }{\log }_2(1+{\xi }_j^d)\}---\left(2a\right)$>

在以下约束下：

$>{\xi }_i^c=\frac{P_i^c{g}_{i,B}}{{{\sigma }_N}^2+{\rho }_{i,j}{P}_j^d{h}_{j,B}}\ge {\xi }_{i,\min }^c,\forall i\in C,---\left(2b\right)$>

$>{\xi }_j^d=\frac{P_i^d{g}_i}{{{\sigma }_N}^2+{\rho }_{i,j}{P}_i^c{h}_{i,j}}\ge {\xi }_{j,\min }^d,\forall i\in S,---\left(2c\right)$>

$>{\rho }_{i,j}\in \left\{\mathrm{0,1}\right\},\underset{j}{\Sigma }{\rho }_{i,j}\le 1,\forall i\in C,---\left(2d\right)$>

$>{\rho }_{i,j}\in \left\{\mathrm{0,1}\right\},\underset{i}{\Sigma }{\rho }_{i,j}\le 1,\forall j\in S,---\left(2e\right)$>

$>P_i^c\le P_{\max },\forall i\in C,---\left(2f\right)$>$>P_j^d\le P_{\max },\forall j\in S,---\left(2g\right)$>

其中是准入对D2D_j的集合，ρ_i,j是终端CU_i和对D2D_j之间的资源重新利用指示：当对D2D_j使用终端CU_i的资源时，ρ_i,j＝1，否则ρ_i,j＝0。方程(2d)对应于这样的约束，即，终端CU_i的资源被共享不多于一次并且与仅一对终端共享。方程(2e)对应于终端对D2D_j与不多于一个终端CU_i共享资源的约束。

仅当满足SINR级别中表达的它们的相应QoS需求时，终端对D2D_j才准入(j∈S)用于与终端CU_i共享资源。如果

$>\left(\begin{array}{c}{\xi }_i^c=\frac{P_i^c{g}_{i,B}}{{{\sigma }_N}^2+P_j^d{h}_{j,B}}\ge {\xi }_{i,\min }^c,---\left(3a\right)\\ {\xi }_j^d=\frac{P_j^d{g}_j}{{{\sigma }_N}^2+P_i^c{h}_{i,j}}\ge {\xi }_{j,\min }^d---\left(3b\right)\\ P_i^c\le P_{\max },P_j^d\le P_{\max }^{40},---\left(3c\right)\end{array}\right)$>

则验证这些约束。

如果不与对D2D_j共享其谱资源的终端CU_i正利用以下给出的最小功率传送，则满足该终端的SINR：

$>P_{i,\min }^c=\frac{{\xi }_{i,\min }^c{{\sigma }_N}^2}{g_{i,B}}---\left(4\right)$>

通过按照以下给出的最小功率传送，在不存在干扰时满足对D2D_j的SINR：

图3a和3b是示出方程(3a)、(3b)、(3c)、(4)和(5)所强加的约束的图。当时，线L_c和L_d对应于方程(3a)和(3b)。集合R_j中的终端CU_i的存在通过阴影区(被称为准入区)的存在来表示，使得该区域中的功率对同时满足方程(3a)、(3b)和(3c)。图3a对应于其中准入区不为空的情况，并且图3b对应于其中准入区为空的情况，因为不存在使得可能同时满足方程(3a)、(3b)和(3c)、(4)和(5)所公式化的约束的功率对。

为了准入区不为空，线L_c和L_d之间的交叉点A位于正方形P_max-P_max之内是必须和充分的。这需要线L_d的斜率大于线L_c的斜率：

$>\frac{{\xi }_{i,\min }^c{h}_{j,B}}{g_{i,B}}<\frac{g_j}{{\xi }_{j,\min }^d{h}_{i,j}}---\left(6\right)$>

点A的坐标用来确定终端CU_i的最小传送功率和对D2D_j的最小传送功率，以便符合相应最小SINR约束。

$>\left(\begin{array}{c}\frac{P_{i,A}^c{g}_{i,B}}{{{\sigma }_N}^2+P_{j,A}^d{h}_{j,B}}={\xi }_{i,\min }^c,\\ \frac{P_{j,A}^d{g}_j}{{{\sigma }_N}^2{P}_{i,A}^c{h}_{i,j}}={\xi }_{j,\min }^d.\end{array}\right)---\left(7\right)$>

这导致：

$>\left(\begin{array}{c}{P}_{i,A}^c=\frac{(g_j{\xi }_{i,\min }^c+h_{j,B}{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d){{\sigma }_N}^2}{g_j{g}_{i,B}-{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d{h}_{i,j}{h}_{j,B}},\\ P_{j,A}^d=\frac{(h_{i,j}{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,.\min }^d+g_{i,B}{\xi }_{j,\min }^d){{\sigma }_N}^2}{g_j{g}_{i,B}-{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d{h}_{i,j}{h}_{j,B}},\end{array}\right)---\left(8\right)$>

对于不为空的集合Rj，即，对于准入的对D2Dj，所以至少一对必须位于(0,0)和(Pmax,Pmax)之间，其中是与方程组(9)对应的潜在候选终端CUi的功率。

当集合S包括多对时，该方法如上所述验证对于每一对的准入。

在特定实现中，标识的终端和基站之间的信道增益可按照以下形式表达:

$>g_{i,B}=K·L_{i,B}^{-\alpha }---\left(1\right)$>

其中K是通过接入网的参数所确定的常数，α是传播衰减，并且L_i,B是终端CU_i和基站之间的距离。该距离可以通过各种已知方法来确定，诸如利用终端的GPS坐标。被服务的终端CU_i属于集合R_j，如果其到对D2D_j的接收机的距离L_i,jRx大于或小于最小距离的话：

$>L_{i,\mathrm{jRx}}^{\min }=\left(\begin{array}{cc}{\left[\frac{K{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d{P}_{\min }}{(P_{\max }{g}_{i,B}-{\xi }_{i,\min }^c{{\sigma }_N}^2)\beta -{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d{{\sigma }_N}^2}\right]}^{\frac{1}{\alpha }}& \frac{P_{\max }{g}_{i,B}}{{{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B}}\le {\xi }_{i,\min }^c,\\ {\left[\frac{K{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d({{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B})}{g_{i,B}(P_{\max }{g}_j-{\xi }_{j,\min }^d{{\sigma }_N}^2)}\right]}^{\frac{1}{\alpha }}& \frac{P_{\max }{g}_{i,B}}{{{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B}}>{\xi }_{i,\min }^c,\end{array}\right)---\left(10\right)$>

其中

$>\beta =\frac{g_j}{h_{j,B}}$>

代表对D2D_j的信道增益和从对D2D_j的发射机到基站的干扰链路的信道增益之间的增益因子。如附录A中所示，方程(9)中强加的约束能通过考虑方程(1)按照形式(10)书写。方程(9)和(10)中包括的所有信道增益也能通过使用方程(1)获得，假设相应关联距离已知，由此呈现不需要任何测量这些增益的操作的优点。

当先前确定的集合R_j分离时，该方法的以下动作特别适合。

由此，对于给定终端对，该方法确定4与集合R_j的终端关联并且与使得数据率标准最大化的准入对关联的传送功率对。使得接入网的总体数据率最大化(即，经由基站的通信和直接通信两者)通过方程(2a)来表达。给定集合R_j分离，则使得总体数据率最大化相当于对于每一对D2D_j使得与考虑中的候选终端CU_i和终端对D2D_j分别关联的数据率之和最大化。

在实现中，使得能执行该最大化的功率对满足以下方程：

$>(P_i^{c*},P_j^{d*})=\arg \underset{P_i^c,P_j^d}{\max }\{{\log }_2(1+{\xi }_i^c)+{\log }_2(1+{\xi }_j^d)\},---\left(11\right)$>

在方程(3a)到(3c)的约束下。

返回图3a，可能区分图4a到4c中分别示出的用于准入区的三种不同情况。给定属于该准入区的所有功率对满足约束(3a)到(3c)，则最佳功率对(导致总体数据率最大化的那些功率对)位于图4a-4c中用实线绘制的线上，如附录B中解释的那样。属于那些线的对满足以下方程组中的方程之一，这些方程分别对应于这三种情况：

其中：

P₁＝{(P_max,P₁),(P_max,P₂)}

P₂＝{(P₃,P_max),(P₄,P_max)}

P₃＝{(P_max,P₁),(P_max,P_max),(P₄,P_max)}

$>P_1=\frac{({{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{i,j}){\xi }_{j,\min }^d}{g_j}$>

$>P_2=\frac{P_{\max }{g}_{i,B}-{\xi }_{i,\min }^c{{\sigma }_N}^2}{{\xi }_{i,\min }^c{h}_{j,B}}$>

$>P_3=\frac{P_{\max }{g}_j-{\xi }_{j,\min }^d{{\sigma }_N}^2}{{\xi }_{j,\min }^d{h}_{i,j}}$>

$>P_4=\frac{({{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B}){\xi }_{i,\min }^c}{g_{i,B}}$>

在实现中，为了在用于资源共享的各个候选终端之间判断并且为了确定共享其资源的最佳终端CU_i，该标准考虑本地数据率标准。

缺少其资源共享的候选终端CU_i(i∈R_j)的最大数据率是：

$>T_{i,\max }={\log }_2(1+\frac{P_{\max }{g}_{i,B}}{{{\sigma }_N}^2})---\left(13\right)$>

当其与对D2D_j共享该资源时，最大和数据率可如下表达：

$>T_{i,j}^{\mathrm{sum}}={\log }_2(1+\frac{P_i^{c*}{g}_{i,B}}{P_j^{d*}{h}_{j,B}+{{\sigma }_N}^2})+{\log }_2(1+\frac{P_j^{d*}{g}_j}{P_i^{c*}{h}_{i,j}+{{\sigma }_N}^2}),---\left(14\right)$>

其中由方程组(12)给出。由此，利用对D2D_j的数据率的改进能如下表达：

$>T_{i,j}^G=T_{i,j}^{\mathrm{sum}}-T_{i,\max }.---\left(15\right)$>

结果，用于与对D2D_j的资源共享的最佳候选终端是与下面对应的终端:

$>i^{*}=\arg \underset{i\in R_j}{\max }{T}_{i,j}^G.---\left(16\right)$>

即，导致本地数据率的最大增加的终端。

该方法的以下动作更具体地适于不分离的集合R_j。在这样的情况下，在集合R_j不分离的准入对D2D_j之中单独采取对于最大本地数据率的搜索，对于最佳候选终端的搜索相当于解以下方程组：

$>\underset{i\in C^{\prime },j\in S}{\max }{\rho }_{i,j}{T}_{i,j}^G,$>

在以下约束下：

$>\left(\begin{array}{c}\underset{j}{\Sigma }{\rho }_{i,j}\le 1,{\rho }_{i,j}\in \left\{\mathrm{0,1}\right\},\forall i\in C^{\prime },\\ \underset{i}{\Sigma }{\rho }_{i,j}\le 1,{\rho }_{i,j}\in \left\{\mathrm{0,1}\right\},\forall j\in S,\end{array}\right)---\left(17\right)$>

其中C'是所有对或其中集合R_j不分离的对D2D_j的所有候选终端的并集。

该方法使用诸如[3]中描述的权重优化算法以便解方程组(17)。这样的算法基于图5中示出的双向图。上面一行代表各个对D2D_j。下面一行代表候选终端。所述对的集合和候选终端的集合被看作用于双向图的顶点组。当终端j属于对D2D_j的集合R_j时，顶点i通过链路ij连接到顶点j。本地数据率的改进被看作链路ij的权重。

为了简化目的，以上描述假设最大传送功率P_MAX对于该终端的所有发射机是相同的。本领域技术人员易于改变各个方程以便考虑到达接收机k的相应最大传送功率：PkMAX，从而考虑例如发射机k的电池的电荷的不同状态。

假设在以上方程中考虑的最小信号对干扰和噪声比的值不是真实最小SINR值，而是使用比率ak＝PMAX/PkMAX的真实最小SINR值的加权值，(即，按照以下形式表达的真值：

$>\frac{{\xi }_{i,\min }^c}{{\alpha }_i},\frac{{\xi }_{j,\min }^d}{{\alpha }_j}$>

则方程保持不变，并且仅在发射机k传送期间需要考虑加权。方程组(12)所确定的功率需要除以加权系数a_k，以便获得发射机k所要传送的功率。

尽管上面基于与蜂窝网络相关的示例详细描述了实现，但是能在无线网络(例如，WiFi类型)的上下文中同样好地使用本发明。在这样的情况下，基站被更一般地称为“接入点”。

对比文件

[1]K.Doppler,M.Rinne,C.Wijting,C.Ribeiro,and K.Hugl,"Device-to-device communication as an underlay to lte-advanced networks",IEEE Commun.Mag.,Vol.47,No.12,pp.42-49,2009.

[2]M.Zulhasnine,C.Huang,and A.Srinivasan,"Efficient resourceallocation for device-to-device communication underlaying lte network",in Proc.IEEE 6th Int.Conf.on Wireless and Mobile Computing,Networking andCommun.(WiMob'2010),2010,pp.368-375.

[3]D.West et al.,Introduction to graph theory.Upper Saddle River,N.J.:Prentice Hall,2001.

[4]A.Gjendemsjo,D.Gesbert,G.Oien,and S.Kiani,"Optimal powerallocation and scheduling for two-cell capacity maximization",in Proc.IEEE 4thInt.Symp.on Modeling and Optimization in Mobile,Ad Hoc and WirelessNetworks,2006,pp.1-6.

附录A

如果对D2D_j被准入与终端CU_i共享资源，则必须满足约束(9)。(9)的这两个不等式使得可能书写：

$>h_{i,j}\le \left(\begin{array}{c}\frac{P_{\max }{g}_{i,B}{g}_j-{{\sigma }_N}^2({\xi }_{i,\min }^c{g}_j-{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d{h}_{j,B})}{{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d{P}_{\max }{h}_{j,B}}\equiv h_{i,j}^c,\\ \frac{P_{\max }{g}_{i,B}{g}_j-{\xi }_{j,\min }^d{g}_{i,B}{{\sigma }_N}^2}{{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d({{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B})}\equiv h_{i,j}^d,\end{array}\right)---(A.1)$>

由此：

$>h_{i,j}\le \min \{h_{i,j}^c,h_{i,j}^d\}---(A.2)$>

通过比较和获得以下：

$>h_{i,j}\le \left(\begin{array}{ccc}{h}_{i,j}^c,& \mathrm{si}& \frac{P_{\max }{g}_{i,B}}{{{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B}}\le {\xi }_{i,\min }^c,\\ h_{i,j}^d,& \mathrm{si}& \frac{P_{\max }{g}_{i,B}}{{{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B}}>{\xi }_{i,\min }^c.\end{array}\right)---(A.3)$>

通过在(A.3)中替换与方程(1)对应的信道模型，获得以下：

$>L_{i,\mathrm{jRx}}\ge \left(\begin{array}{cc}{\left[\frac{K{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d{P}_{\max }}{(P_{\max }{g}_{i,B}-{\xi }_{i,\min }^c{{\sigma }_N}^2)\beta -{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d{{\sigma }_N}^2}\right]}^{\frac{1}{\alpha }}& \frac{P_{\max }{g}_{i,B}}{{{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B}}\le {\xi }_{i,\min }^c,\\ {\left[\frac{K{\xi }_{i,\min }^c{\xi }_{j,\min }^d({{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B})}{g_{i,B}(P_{\max }{g}_j-{\xi }_{j,\min }^d{{\sigma }_N}^2)}\right]}^{\frac{1}{\alpha }}& \frac{P_{\max }{g}_{i,B}}{{{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B}}>{\xi }_{i,\min }^c,\end{array}\right)---(A.4)$>

附录B

根据[4]，对于准入区中考虑的功率对()，总是存在准入区中的另一功率对使得：

$>f(\lambda P_i^c,\lambda P_j^d)>f(P_i^c,P_j^d),---(B.1)$>

其中：

$>f=(P_i^c,P_j^d)={\log }_2(1+\frac{P_i^c{g}_{i,B}}{{{\sigma }_N}^2+P_j^d{h}_{j,B}})+{\log }_2(1+\frac{P_j^d{g}_j}{{{\sigma }_N}^2+P_i^c{h}_{i,j}}).$>

这意味着通过最大功率局限P_max来限制最佳功率对的至少一个功率。

第1场景

$>\frac{P_{\max }{g}_{i,B}}{{{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B}}\le {\xi }_{i,\min }^c,$>

图4a中示出了准入区。根据(B.1)，最佳功率对位于线CD上。这意味着用于终端CU_i的最佳功率(即，)总是P_max，并且用于对D2D_j的最佳功率满足：

$>\frac{({{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{i,j}){\xi }_{j,\min }^d}{g_j}\le P_j^d\le \frac{P_{\max }{g}_{i,B}-{\xi }_{i,\min }^c{{\sigma }_N}^2}{{\xi }_{i,\min }^c{h}_{j,B}}.---(B.2)$>

在[4]中，还示出了是当另一变量或被设置为电平P_max时、在变量或上的顶点函数。这暗示着线CD上的最佳功率对位于端点C或D处。由此，用于该场景的最佳功率分配能被书写如下：

$>(P_i^{c*},P_j^{d*})=\arg \underset{(P_i^c,P_j^d)\in P_1}{\max }f(P_i^c,P_j^d),---(B.3)$>

其中：

第2场景

$>\frac{P_{\max }{g}_{i,B}}{{{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B}}>{\xi }_{i,\min }^c$>和$>\frac{P_{\max }{g}_j}{{{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{i,j}}<{\xi }_{j,\min }^d,$>

图4b中示出了准入区。根据(B.1)，最佳功率对位于线EF上，使得因为此外是的顶点函数，所以最佳功率对位于端点E或F处。结果，用于该场景的最佳功率分配能如下表达：

$>(P_i^{c*},P_j^{d*})=\arg \underset{(P_i^c,P_j^d)\in P_2}{\max }f(P_i^c,P_j^d),---(B.4)$>

其中：

第3场景

$>\frac{P_{\max }{g}_{i,B}}{{{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{j,B}}>{\xi }_{i,\min }^c$>和$>\frac{P_{\max }{g}_j}{{{\sigma }_N}^2+P_{\max }{h}_{i,j}}\ge {\xi }_{j,\min }^d,$>

图4c中示出了准入区。在(B.1)中，最佳功率对位于线CO或OF上。当该对位于线CO上时，基于与第一场景类似的理由，能发现最佳功率对位于点C或点O处。当该对位于线OF上时，基于与第二场景类似的理由，能发现最佳功率对位于点O或点F处。结果，用于该场景的最佳功率分配可如下表达：

$>(P_i^{c*},P_j^{d*})=\arg \underset{(P_i^c,P_j^d)\in P_3}{\max }f(P_i^c,P_j^d),---(B.5)$>

其中：