[发明专利]蜂窝与D2D混合网络中终端直通通信的数据传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蜂窝与终端直通D2D（Device-to-Device）混合网络中终端直通通信的数据传输方法，属于无线通信的技术领域。

背景技术

目前的无线通信网络主要分为两种：蜂窝网络和Ad-hoc（点对点）网络。这两种网络的通信特点分别介绍如下：

蜂窝网络：该网络把覆盖区域划分为多个小区，每个小区有各自分别工作于不同频率的基站，使得移动通信网络的容量大大提高。这种网络结构下，用户终端UE（User Equipment）通过基站和其它用户终端进行通信，这种通信方式称为蜂窝模式。即使收发两个终端的距离很近时，也要通过基站进行通信。

Ad-hoc网络:该网络是一个没有有线基础设施支持的移动网络，在Ad-hoc网络中，所有节点都由移动终端所构成。这种网络结构下，UE之间通过直连（或借助中继）直接通信，这种通信方式称为D2D模式。

在蜂窝模式中，由于基站eNodeB（Evolved NodeB）集中控制UE之间的传输，基站能够方便地管理与控制网络的无线资源和干扰，但其显著缺点是不能有效利用无线资源。例如：两个距离很近的UE通过蜂窝模式进行通信所使用的无线资源是D2D模式的两倍。因此，为了获得更高的系统吞吐量，将来的无线网络可能由蜂窝网络和Ad-hoc网络两种结构共存组成。

参见图1，介绍一种蜂窝与D2D的混合网络参考模型。其中，UE既可以蜂窝模式工作将数据通过基站发给其他UE，也可以通过D2D模式将数据发给其他UE。与单一结构的蜂窝网络相比，这种混合网络可以获得更好的系统性能。这种方式也是第三代合作伙伴计划3GPP（3^thGeneration Partnership Project）中的长期演进升级LTE-Advanced（Long Term Evolution-Advanced）规划有关提高系统性能的热点话题。下面介绍现有技术的两种蜂窝与D2D的混合网络情况：

第一种方案是基站集中控制式D2D通信：该方案中，基站严格控制D2D数据传输。例如，D2D的发送用户终端D2DTx（D2D Transmitter）发送数据至D2D接收用户终端D2DRx（D2D Receiver）。数据传输过程由基站完全控制（参见图2）。该方案的优势是：基站集中控制，易于掌控全部D2D数据通信流程，使D2D UE与蜂窝UE之间的干扰较小，无需担心不确定性因素所带来的潜在问题。其劣势是：由于基站控制整个流程，所有与D2D通信相关的信令将由蜂窝网络无线资源承载，例如：基站为D2D数据传输业务分配无线资源时，需通过蜂窝网络无线资源获知包括D2D UE之间的路径损耗类的信息，这将影响蜂窝通信的吞吐率和容量。若大量D2D UE同时传输数据则会造成信令开销过大。

第二种方案是完全自主式的D2D通信：该方案与Ad-hoc网络相类似，应用了IEEE802.11中采用的载波侦听多点接入/冲突避免CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）机制，避免多个UE同时发送数据而引起冲突。

参见图3所示的一种简单的CSMA/CA通信机制：UE在开始发送数据之前，需要监测信道是否空闲。如果信道已经空闲，则UE还需等待分布式协调功能帧间隔DIFS（Distributed Coordination Function Interframe Space）的时间才开始发送数据；而且，如果在DIFS时间段内任一时刻信道被监测为忙，则UE不得不推迟它的数据发送。在发送完毕后，经过短帧间隔SIFS（Short Interframe Space）的时间由接收端发送确认信令ACK（acknowledgement）。

参见图4，介绍带有请求传送帧RTS（Request to Send）和允许发送帧CTS（Clear to Send）的CSMA/CA通信机制：UE欲发送数据前，先发送一个RTS帧给接收端，等待接收端回应CTS帧后，才开始数据传输。此方式可以确保接下来发送数据时，不会发生冲突。

上述方案的优点是：可以解决分布式网络中用户之间的冲突问题。其劣势如下：在采用CSMA/CA通信机制的系统中，信令（如RTS、CTS及ACK等）与数据传输共享信道资源，故数据和信令无法同时传输。而在CSMA系统中，载波侦听对于减小冲突概率非常重要，因此是不允许在DIFS和SIFS上传输数据的。以上两种原因都将导致频谱资源利用率降低，特别是在大量短距离数据传输业务存在时，总开销将非常高。