LTE-A网络中基于减轻带内散射干扰的D2D邻近用户发现方法

摘要

本发明公开了一种LTE‑A网络中基于减轻带内散射干扰的D2D邻近用户发现方法，通过对发现资源池进行分组，从参考信号接收功率(Reference Signal Received Power，RSRP)的角度，对部分用户增加开环功率控制。在D2D发现性能损失较小的基础上提高物理上行控制信道(Physical Uplink Control Channel，PUCCH)的SINR，减小带内散射干扰(In‑band Emission Interference，IBEI)带来的影响，保障各自性能需求。

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及LTE-A网络中基于减轻带内散射干扰的D2D邻近用户发现方法。

背景内容

D2D通信作为5G的关键技术之一，与传统蜂窝网络通过基站转发实现用户间通信不同，D2D通信是一种在源用户和目的用户间使用直传链路的短距离通信技术。通过在LTE-A网络中引入D2D技术，可以降低基站处的负载，并实现更高的频谱效率、更大的覆盖范围和更低的能量消耗。D2D通信已被3GPP组织纳入到LTE-A的标准化进程中，并在3GPP Release 12中定义为ProSe D2D。

D2D邻近用户发现是指用户告知自己的存在并发现周围的邻近用户，是实现D2D通信的前提。与Ad-hoc网络、传感器网络中的节点发现相比，节点发现是为路由形成做准备，其使用的资源也是在未授权频段内，而将D2D邻近用户发现引入LTE-A网络会对现有的蜂窝网络运行带来一定影响。

考虑到D2D通信与原有蜂窝网络的兼容性，希望尽可能小地对现有LTE帧结构进行改动，充分使用资源，采用D2D邻近用户发现资源与物理上行控制信道(Physical Uplink Control Channel，PUCCH)频分复用的资源结构。而这种资源结构所带来的带内散射干扰将造成PUCCH信号接收质量的下降，PUCCH信号的性能与下行链路的混合自动请求重传过程相关，导致系统吞吐量下降。因此，需要对带内散射干扰进行有效处理。

针对D2D邻近用户发现会对蜂窝网络引入带内散射干扰(In-band Emission Interference，IBEI)的问题^[1][2]，现有研究的解决方法包括设置保护带宽法、发现资源池分组法和开环功率控制法。文献^[3][4]提出将D2D发现资源在时域上分为两组的发现资源池分组法，该方法对D2D发现性能影响较小，但仅保证部分PUCCH的传输质量得到提升，而另一部分PUCCH信号的SINR低于干扰处理前。文献^[5]中的开环功率控制法从两个角度考虑，当D2D>

参考文献

[1].3GPP TS 36.101 V12.4.0：Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；User Equipment(UE)radio transmission and reception.[S]，3GPP，2013.

[2].3GPP R1-134036 Final Report of 3GPP TSG RAN WG1 #74v1.0.0，[C]，(Barcelona，Spain，19th-23rd August 2013).

[3].Dong Li；Yong Liu，In-Band Emission in LTE-A D2D：Impact and Addressing Schemes[C].2015 IEEE 81stVehicular Technology Conference(VTC Spring)，vol.，no.，pp.1-5，11-14May 2015.

[4].Donghan Kim；YongjunKwak；Jinyoung Oh；et al.Discovery resource grouping for D2D discovery for mitigation of in-band emission in LTE-Advanced[C].Globecom Workshops(GC Wkshps)，Dec.2014，vol.，no.，pp.869-874.

[5].YongjunKwak；Sangmin Ro；SangBum Kim；et al.Performance Evaluation of D2D Discovery with eNB Based Power Control in LTE-Advanced]C].2014IEEE 80th Vehicular Technology Conference(VTC Fall)，Sept.2014，vol.，no.，pp.1-5.

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提出一种综合考虑减轻带内散射对蜂窝网络影响与保证D2D邻近用户发现性能的LTE-A网络中基于减轻带内散射干扰的D2D邻近用户发现方法，在D2D发现性能损失较小的基础上提高PUCCH的SINR，减小IBEI带来的影响，保障各自性能需求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

LTE-A网络中基于减轻带内散射干扰的D2D邻近用户发现方法，包括如下步骤：

S1在BS端设置发现资源池以时分方式分为组1和组2，开始邻近用户发现前，每个D2D UE向网络发送认证请求来获取小区的相关信息(如身份等)，基站通过向D2D UE发送认证信息进行响应，D2D UE在此过程中完成与基站的同步；

S2开始发现过程后，每个D2D UE在初始状态下随机选择一发现资源，采用P_max广播用于发现其周围邻近用户的探测信号，BS端处接收此探测信号并计算所接收的D2D>th的大小关系，将D2D>th，组2的D2D>th，P_th为基站处的接收功率判别门限P_th，P_th设置的依据为区分D2D>

S3基站对D2D UE按照步骤S2中方法进行分组后，将此分组信息传达给所有的D2D UE；对组2不进行功率控制，对组1进行开环功率控制，通过开环功率控制得组1中每个D2D UE的发射功率P_D2D：

P_D2D＝min{P_max，10log₁₀(M_D2D）+P_{0_D2D}+αPL}；

P_max和M_D2D分别表示对应的D2D>0_D2D与α是由基站控制器BSC决定的参数，α在(0，1)内，PL为对应的D2D>

S4每个D2D UE根据步骤S2中的分组信息重新将时频资源块的子帧编号和子信道编号进行修订，组2的D2D UE给定功率、组1的D2D UE以开环功率控制后的功率在所修订后的时频资源块上发送邻近用户探测信号。

需要说明的是，步骤S4中，每个D2D UE按照下式重新将时频资源块的子帧编号和子信道编号进行修订：

j＝n mod NF

(i，j)为对应的D2D UE用于发现的资源块，i与j分别是时域与频域编号；m和n为对应的D2D UE未分组前时频编号，NT_group1、NT_group2分别为组1与组2的子帧数，NF为子信道数。

需要说明的是，每个D2D UE的RSRP按下式表示：

RSRP＝P_Tx-P_L-Shadowing；

P_Tx为对应的D2D>L为对应的D2D>

作为本发明的另一个技术方案：

LTE-A网络中基于减轻带内散射干扰的D2D邻近用户发现方法包括如下步骤：

S1在BS端设置发现资源池以时分方式分为组1和组2，开始邻近用户发现前，每个D2D UE向网络发送认证请求来获取小区的相关信息，基站通过向D2D UE发送认证信息进行响应，D2D UE在此过程中完成与基站的同步；

S2每个D2D UE提前估算出BS端接收其探测信号时的参考信号接收功率RSRP，在有邻近用户发现要求时，触发自身发现过程，将此功率信息携带在向基站发送的请求信息内；基站收到发现请求信息后，依据该功率信息对对应的D2D UE进行分组，当满足RSRP＞P_th时，该D2D>th时，该D2D>th为基站处的接收功率判别门限；

S3基站对D2D UE按照步骤S2中方法进行分组后，将分组信息传达给对应的D2D UE；对组2不进行功率控制，对组1进行开环功率控制，通过开环功率控制得组1中每个D2D UE的发射功率P_D2D：

P_D2D＝min{P_max，10log₁₀(M_D2D)+P_{0_D2D}+αPL}；

P_max和M_D2D分别表示对应的D2D>0_D2D与α是由基站控制器BSC决定的参数，α在(0，1)内，PL为对应的D2D>

S4每个D2D UE根据步骤S2中的分组信息重新将时频资源块的子帧编号和子信道编号进行修订，组2的D2D UE以给定功率、组1的D2D UE以开环功率控制后的功率在所修订后的时频资源块上发送邻近用户探测信号。

需要说明的是，步骤S4中，每个D2D UE按照下式重新将时频资源块的子帧编号和子信道编号进行修订：

j＝n mod NF

(i，j)为对应的D2D UE用于发现的资源块，i与j分别是时域与频域编号；m和n为对应的D2D UE未分组前时频编号，NT_group1、NT_group2分别为组1与组2的子帧数，NF为子信道数。

需要说明的是，步骤S2中，每个D2D UE按下式估算自身的RSRP：

RSRP＝P_Tx-PL-Shadowing；

P_Tx为对应的D2D>L为对应的D2D>

本发明的有益效果在于：在D2D发现性能损失较小的基础上提高PUCCH的SINR，减小IBEI带来的影响，保障各自性能需求。

附图说明

图1为D2D邻近用户发现资源结构示意图；

图2为采用和不采用发现资源池分组法的D2D邻近用户发现累积探测概率对比图；

图3为采用发现资源池分组法与开环功率控制法PUCCH SINR的累积分布函数图；

图4为采用本发明方法PUCCH信号SINR CDF图；

图5为D2D发现性能对比示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

在LTE-A网络中，D2D邻近用户发现会引入带内散射干扰，根据3GPP RAN1会议的工作假设，D2D发现信号传输使用的是与PUSCH相似的信道结构，图1为基于该假设的D2D邻近用户发现资源结构示意图。根据干扰对象的不同，可将IBEI分为三类：

1、D2D发送用户间的IBEI；

2、蜂窝用户对D2D接收用户带来的IBEI；

3、D2D发送用户对基站(eNB)接收PUCCH信号造成的IBEI。

其中，第三类带内散射干扰是本发明的研究重点。

建立D2D通信前，需要进行邻近用户发现，为后续通信过程提供必要的身份信息和用户间信道链路信息等，邻近用户发现包括基于用户请求触发和周期性广播探测信号的方法。

本实施例主要以周期性广播探测信号的邻近用户发现为例，对本发明在其中的具体应用进行介绍。LTE-A网络中基于减轻带内散射干扰的D2D邻近用户发现方法，具体实施步骤如下：

S1在BS端设置发现资源池以时分方式分为组1和组2，开始邻近用户发现前，每个D2D UE向网络发送认证请求来获取小区的相关信息(如身份等)，基站通过向D2D UE发送认证信息进行响应，D2D UE在此过程中完成与基站的同步；

S2开始发现过程后，每个D2D UE在初始状态下随机选择一发现资源，采用P_max广播用于发现其周围邻近用户的探测信号，BS端处接收此探测信号并计算所接收的D2D>th的大小关系，将D2D>th，组2的D2D>th，P_th为基站处的接收功率判别门限，P_th设置的依据为区分D2D>

LTE-A网络内的D2D UE在与BS建立连接并接入网络后，BS处设置一定的判决门限P_th作为后续对D2D>th大小由BS根据PUCCH信道上对D2D>

本发明旨在通过采用基于减轻带内散射对蜂窝网络的影响并保证D2D邻近用户发现性能的方法，对发现资源池进行分组，从参考信号接收功率(RSRP)的角度，对部分用户增加开环功率控制。考虑到D2D UE在eNB端的RSRP，将发现资源池分为两组，P_Tx为D2D>

RSRP＝P_Tx-P_L-Shadowing

分组依据为eNB处的接收功率判别门限P_th，组1的D2D>th，在eNB处PUCCH接收信号的SINR较小，与该组用户频分复用的PUCCH信号将受到较大的带内散射干扰；而组2的D2D>th，相应地，PUCCH接收信号的SINR较大，可保证与该组用户频分复用的PUCCH信号的传输质量。

S3基站对D2D UE按照步骤S2中方法进行分组后，将此分组信息传达给所有的D2D UE；对组2不进行功率控制，对组1进行开环功率控制，通过开环功率控制得组1中每个D2D UE的发射功率P_D2D：

P_D2D＝min{P_max，10log₁₀(M_D2D)+P_{0_D2D}+αPL}；

P_max和M_D2D分别表示对应的D2D>0_D2D与α是由基站控制器BSC决定的参数，α在(0，1)内，PL为对应的D2D>

由于上述所提到的组2的D2D>th，相应地，PUCCH接收信号的SINR较大，而组1的D2D>

将发现资源池分组与开环功率控制相结合，P_max和M_D2D分别表示D2D>0_D2D与α是由基站控制器(Base>

α在[0，1]区间内取值，为0时，P_{0_D2D}的值为{P_max-10log₁₀(M_D2D)}或者小于此值，存在问题是对BS干扰大小固定；为1时，发送功率完全取决于路径损耗，带内散射在BS处的干扰可以很好控制，缺点是D2D>

S4每个D2D UE根据步骤S2中的分组信息重新将时频资源块的子帧编号和子信道编号进行修订，组2的D2D UE给定功率、组1的D2D UE以开环功率控制后的功率在所修订后的时频资源块上发送邻近用户探测信号。

在未采用本发明所提供的方案前，现有文献中的邻近用户发现时频资源的分配多是按照用户数目统一对发现资源进行划分，而本发明是在此基础上，通过将前述的开环功率控制方法与资源池分组方法结合，对时频资源块的子帧编号和子信道编号进行如下修订：

j＝n mod NF

(i，j)为D2D UE用于发现的资源块，m和n为未分组前时频编号，i与j是时域与频域编号，NT_groupl、NT_group2分别为组1与组2的子帧数，NF为子信道数。

本发明还可以应用在基于用户请求触发的邻近用户发现中，与基于周期性广播探测信号的邻近用户发现方法大致相同，主要区别在于，在步骤S2中，与周期性广播邻近用户探测信号有所不同，D2D UE依公式RSRP＝P_Tx-PL-Shadowing提前估算出BS接收其探测信号时的参考信号接收功率，在用户有邻近用户发现要求时，触发自身发现过程，将此功率信息携带在向基站发送的请求信息内。基站收到发现请求信息后，依据该功率信息对用户进行分组。

本发明致力于将减小D2D邻近用户发现对蜂窝网络的影响与保证发现性能综合考虑，在实现D2D技术与现有网络架构有效融合的基础上，保障用户发现的完备性和有效性，为后续D2D通信提供有力支撑。

性能分析

采用发现资源池分组的带内散射干扰减小方法，将D2D发现资源池从时域上分为两组，一组用于高RSRP的D2D UE，另一组用于低RSRP的D2D UE，PUCCH信号的传输不变，以此来减小不可靠PUCCH的信号范围。

由于eNB端接收到的IBEI大部分来自于距离eNB较近的D2D UE，因此在对资源进行分组后，也可以根据D2D UE与eNB间的距离，将其分为小区中心用户与小区边缘用户两组，分别使用不同的资源。然后由基站调度，使PUCCH信号的传输使用与小区边缘用户组频分多路复用的资源，以减轻IBEI，这主要是因为小区中心UE到eNB的衰落。

将D2D发现资源池分为两组，组1满足RSRP＞P_th，组2满足RSRP≤P_th，PUCCH所使用的时域资源采用随机分配方式。

观察图3，考虑D2D邻近用户发现对蜂窝网络的IBEI时，PUCCH信号的接收SINR小于0dB所占比例为60％。在采用D2D发现资源池分组法后，使用组1的PUCCH信号由于D2D UE距离eNB较近受到的干扰较大，SINR＜-10dB的用户有三分之一左右，而使用组2的PUCCH SINR均大于-10dB。

图2为相同参数下根据RSRP对D2D发现资源池分组、PUCCH时域资源随机分配时的D2D邻近用户发现累积探测概率图，可看出是否对资源进行分组对发现性能基本没有影响。当令PUCCH传输仅使用组2的时域资源时，会造成至少一半的资源浪费，是不可取的。

采用开环功率控制法后，发射功率在20dBm以下的D2D UE约为78％，观察图3，当对D2D发现信号进行开环功率控制后，由于发射功率降低，IBEI减小，PUCCH信号的SINR得到提升，与忽略IBEI情况下的性能相近。但由图5知，此时，功率的降低导致发现信号的覆盖范围减小，D2D邻近用户发现累积概率相应减小。

对比D2D发现资源池分组法与开环功率控制法，可看出对PUCCH接收信号SINR而言，通过开环功率控制可以有效消除IBEI的影响，优于D2D发现资源池分组法。但对比图2和图5，D2D发现资源池分组法对发现性能降低很小，而开环功率控制法会使发现性能降低约40％。

基于以上分析，本发明综合考虑IBEI与发现性能，提出基于D2D发现资源池分组与开环功率控制的发现算法。该算法必然会继承两者的特点，从而在控制发现对PUCCH产生的带内散射干扰方面和发现性能方面都能获得较好的性能。

将D2D UE分组，发现资源池以时分方式分为组1和组2，依据RSRP与判决门限P_th的大小关系，组1的UE满足RSRP＞P_th，组2则满足RSRP≤P_th，可得与组1频分复用的PUCCH信号将受到较大的IBEI，而组2较小，PUCCH信号的传输质量有保障。

D2D UE根据RSRP划分小组后，将依下式进行资源选择：

j＝n mod NF

(i，j)为D2D UE用于发现的资源块，m和n为未分组前时频编号，i与j是时域与频域编号，NT_groupl、NT_group2分别为组1与组2的子帧数，NF为子信道数。

考虑到保证发现性能的要求，在D2D发现资源池分组后仅对组1的D2D UE进行开环功率控制，计算公式与前述相同，为：

P_D2D＝min{P_max，10log₁₀(M_D2D)+P_{0_D2D}+αPL}；

图4、图5分别为进行D2D资源池分组与部分用户开环功率控制后PUCCH信号SINR的累积概率分布图、D2D发现性能比较图。可以看出，本发明综合考虑了IBEI对蜂窝网络的影响，并能减小对发现性能的恶化程度。

综上，所提出的基于D2D发现资源池分组与开环功率控制的发现算法兼顾了IBEI对蜂窝网络的影响与一定程度上保证发现性能的需求，可作为D2D邻近用户发现理想的算法。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。