[发明专利]D2D多播通信系统中避免冲突的分时传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在蜂窝网络中采用D2D多播通信避免冲突的分时传输方法，属于无线通信的技术领域。

背景技术

移动通信技术发展迅速，如今3G已经步入商用阶段。业界也在为下一代无线通信技术的发展做更多努力，例如，3GPP中的长期演进LTE(Long Term Evolution)和IEEE 802.16m(Institute of Electrical and Electronics Engineers)。另外，3GPP也正在对LTE-A开展更深入的研究。这些通信技术的发展和演进都是在未来移动蜂窝网络IMT-A(International Mobile Telecommunications-Advanced)的范畴下进行的。未来移动蜂窝网络需要具备高速率、大容量和更高的服务质量QoS，相应的带宽需求也在不断加大，因而带宽的分配正变得越来越拥挤。然而，能够用于蜂窝移动通信的频谱资源十分有限，在2007年世界无线通信会议上为移动通信系统分配的带宽不足600MHz，但是，预计到2020年的无线通信带宽需求却在1200MHz到1700MHz之间。因此，现有的带宽不能满足实际系统的需求，所以如何更有效地利用带宽具有十分重要的意义。

参见图1，介绍在蜂窝网络控制下的D2D技术的应用情况：D2D通信能与小区用户共享资源，通过复用资源，能使频谱利用率明显提升。此外，D2D还能带来多方面好处：降低蜂窝小区基站负载和移动终端发射功率、以减少终端能量消耗、提高无线网络服务质量，提高小区通信传输速率和网络基础设施健壮性等等。多播技术是一种基于组的传输方式，通常用于某个终端要将相同数据传送给多个接收终端的场景。在无线多播通信中，要保证每个多播组中的各个终端都能成功接收到无线信号，多播技术被认为是一种有效节省无线信道资源和能量的传输方式，特别是在大数据量业务(如音视频会议、移动电视等)。在小区基站控制下，D2D通信终端在获得通信的频谱资源和传输功率后，就在近距离或同一区域内的D2D多播通信中，完成每个终端向多个其他终端D2MD(Device to Multi-Device)的多播通信，因其传输不需经过基站，故减轻了基站负载，也保证满足了区域内用户的服务需求。D2D技术与多播技术的有效结合能够充分利用各自优势，最大程度地改善网络资源的利用率和系统容量。

由于终端的随机分布性及其能源的局限性，为了增强网络的可扩展性和对终端实现无缝覆盖，蜂窝小区在进行D2D多播通信时，通常要对终端进行分簇。但在分簇处理后，因终端的随机流动，不可避免地存在着簇间冲突的问题。由于蜂窝D2D的多播数据是在同一条共享的多播信道上传输的，冲突终端(即虽归属为某簇、但同时又被其他多个簇首终端所覆盖的终端)在接收到这些多个簇首终端同时多播的数据时，就会造成簇间冲突；这种数据冲突不仅造成网络拥堵，降低传输效率，还造成能量的不必要消耗。因此，如何避免该数据冲突就成为非常重要的问题。

目前，对于蜂窝网络D2D多播通信中的簇间冲突开展的研究也比较少。传统方法是着眼于链路层上基于竞争的媒体接入控制MAC(Media Access Control)协议的改进，大多采用各个终端间的多次握手机制来竞争信道。但是，基于竞争的现有MAC协议不能保证稳定的包间时延，其帧结构也不适应动态变化的多播组，还缺少对多播或广播的明确支持。对于实时性应用，这些都是严重问题。另外，多跳网络中存在着的隐藏终端问题，也极大地降低了协议的传输性能。

由于基于竞争的MAC协议不确定的包间延迟，以及缺少对多播或广播的明确支持，科研人员就开始关注于研究基于时分复用TDM(Time Division Multiplexing)的非竞争的调度方法：通过预先的调度将终端分配到不同的时间和数据信道，以保证不会发生冲突和有效复用带宽，这样就可以有效支持QoS要求和取得较高的信道利用率。

对于D2D多播通信中的簇间冲突，基于TDM的最简单的现有技术是每时隙单簇传输STS方法(Single-cluster Transmission per Slot)，其为分簇后的每个簇首终端分配一个时隙，用于其簇内的多播发送。该方法操作简单，因为终端在每个时隙内只能收到一个簇首终端的信号，避免了簇间冲突；但是，也因为在每个时隙中仅有一个簇首终端进行发送，多播所需的时隙数等于簇首终端总数，时隙的利用率太低，造成了大量时隙资源的浪费。

发明内容