[发明专利]上行中继网络中基于能量捕获和干扰消除的D2D传输方法

说明书

本发明公开了一种上行中继网络中基于能量捕获和干扰消除的D2D传输方法，分为两个阶段：第一阶段，中继和D2D接收端都会接收到来自蜂窝用户和D2D发送端的信号，并且从接收到的信号中进行能量捕获；第二阶段，中继节点利用放大转发协议将接收到的信号转发到基站和D2D接收端。其中，基站直接解码信号获取蜂窝用户发送的信号，而D2D接收端利用中继转发的信号，首先消除蜂窝用户的干扰，然后进行信号译码来获得D2D信号。在实现蜂窝网络对D2D传输的干扰的消除之后，为了最大化蜂窝网络和D2D设备双方的传输利益，制定了约束条件和优化问题。通过优化问题的求解，本发明实现了上行中继网络中基于能量捕获和干扰消除的能量高效的D2D传输。

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种上行中继网络中基于能量捕获和干扰消除的D2D传输方法，移除了蜂窝网络对D2D设备的干扰，提高了网络的频谱利用率和D2D设备的能量利用率。

背景技术

频谱利用率的提高一直是无线通信技术发展面临的问题之一。现如今，在物联网与5G技术即将商业化的时期，这一问题的重要性更加凸显了出来。5G网络中有大量的D2D设备，如果给这些设备分配未授权的频谱，这将会减慢整个系统部署的效率，也将会造成频谱的浪费。所以，D2D用户访问蜂窝系统的频谱来传输自己的信号成为了上述问题的解决办法之一。另外，D2D设备由于他的移动性，能量的持续供应得不到保证。能量捕获技术，作为一个很有前景的技术，可以解决这个问题。

D2D发送端访问蜂窝网络的频谱并从该网络中捕获能量用于自己的传输可以提高D2D通信的中断性能。为了最大化基于能量捕获的D2D设备的传输速率，可以联合考虑资源和能量的分配，制定相应的优化问题，进而解决此问题。另外，这种协作传输方式同样会对蜂窝网络造成干扰。为了保证蜂窝网络的服务质量，可以从频谱资源、传输时隙、能量分配等方面联合考虑，制定符合蜂窝网络服务质量需求的优化问题。通过求解优化问题，进行合理的资源分配，进而解决问题。

D2D设备与蜂窝网络的协作通信有效地提高了频谱的利用效率。当D2D设备的传输能量由于消耗得不到保证的时候，D2D通信的服务质量(QoS)会大打折扣。同时，蜂窝网络对D2D设备会造成干扰，这大大地降低了D2D接收端译码的能力。因此，需要一个可以消除干扰和持续供能的方案来保证高效的D2D传输的可靠性。

发明内容

针对D2D设备在蜂窝网络中传输时蜂窝网了对D2D传输形成干扰的问题，本发明提出一种上行中继网络中基于能量捕获和干扰消除的D2D传输方法。该方法充分利用蜂窝网络中中继节点转发的信号，消除了蜂窝网络的干扰信号。同时，通过合理地设计中继和D2D接收端的能量分裂比，极大地提高了D2D传输的质量。

本发明采用如下技术方案来实现的：

上行中继网络中基于能量捕获和干扰消除的D2D传输方法，该D2D和上行中继网络包括一对D2D用户、一个蜂窝用户、一个中继节点以及一个基站S，其中D2D用户包括发送端和接收端；

该传输方法分为两个阶段：

第一阶段，蜂窝用户和D2D发送端分别向中继节点和D2D接收端发送信号，同时中继节点和D2D接收端均会收到D2D发送端和蜂窝用户的干扰，然后，中继节点和D2D接收端利用能量分裂协议分别从接收到的信号中捕获能量；其中，中继将用捕获的能量中转剩余的捕获信号，而D2D接收端则用捕获的能量给自己的电池充电，以便后续的传输；

第二阶段，中继进行信号转发，基站和D2D接收端都会受到来自中继的信号；基站直接解码信号获得自己所需的信号；在D2D接收端，由于两个阶段收到的信号均包含蜂窝网络的信号，因此利用干扰消除技术可以消除蜂窝网络的干扰信号，然后进行信号译码来获得D2D信号；假设由于衰落，障碍物原因，蜂窝用户和基站之间没有直传链路，D2D发送端与蜂窝用户位于同一侧，与基站也没有直传链路。

本发明进一步的改进在于，该传输方法的具体实现如下：