一种联合功率控制、上下行信道分配和模式选择的D2D通信资源分配方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111787623A(43)申请公布日2020.10.16(21)申请号202010597266.4(22)申请日2020.06.28(71)申请人重庆邮电大学地址400065重庆市南岸区崇文路2号(72)发明人裴二荣朱冰冰杨光财周礼能张茹王振民荆玉琪(51)Int.Cl.H04W72/04(2009.01)权利要求书3页说明书6页附图2页(54)发明名称一种联合功率控制、上下行信道分配和模式选择的D2D通信资源分配方法(57)摘要本发明涉及一种联合功率控制、上下行信道分配和模式选择的D2D通信资源分配方法，属于通信技术领域。本发明包括以下步骤：S1：建立以最大化蜂窝用户和D2D用户吞吐量为目标函数的系统模型；S2：将目标问题解耦为3个子问题：功率控制、上下行信道分配和模式选择；S3：利用几何规划的方法求解功率分配子问题；S4：利用匈牙利算法求解上下行信道分配子问题；S5：求解接入免授权频段的D2D用户数目和D2D用户在免授权频段占据的时间比例。本发明将D2D通信引入到免授权频谱中，有利于缓解授权频谱资源不足和流量激增问题。CN111787623ACN111787623A权利要求书1/3页1.一种联合功率控制、上下行信道分配和模式选择的D2D通信资源分配方法，其特征在于：所述联合功率控制、上下行信道分配和模式选择的D2D通信资源分配方法的具体步骤如下：S1：建立以最大化蜂窝用户和D2D用户吞吐量为目标函数的系统模型；S2：将目标问题解耦为3个子问题：功率控制、上下行信道分配、模式选择；S3：利用几何规划的方法求解功率分配子问题；S4：利用匈牙利算法求解上下行信道分配子问题；S5：求解接入免授权频段的D2D用户数目和D2D用户在免授权频段占据的时间比例。2.根据权利要求1所述的一种联合功率控制、上下行信道分配和模式选择的D2D通信资源分配方法，其特征在于：在步骤S1中，在该系统中，系统模型是以最大化蜂窝用户和D2D用户吞吐量为目标函数，同时满足各个用户的传输速率，考虑授权和免授权频段功率控制、上下行信道分配和模式选择限制。目标函数如下所示：udun定义x＝{x,x,x}为授权和免授权频段模式选择矩阵，P＝{Pm,PBS,Pk}为功率分配矩阵。分别表示的是D2D用户k复用蜂窝用户m上行信道的信噪比、D2D用户k复用蜂窝用户m下行信道的信噪比以及D2D用户k在免授权频段的信噪比；表示蜂窝用户分别在上行、下行信道的信噪比；ρk是D2D用户对k在免授权频T段占据的时间比例；R、Rmin分别表达的是免授权频段上WiFi用户和D2D用户的吞吐量阈值。3.根据权利要求2所述的一种联合功率控制、上下行信道分配和模式选择的D2D通信资源分配方法，其特征在于：在步骤S2中，所提出来的问题是一个混合整数非线性规划问题，是一个NP-hard问题，需要将其解耦为三个子问题进行求解。2CN111787623A权利要求书2/3页4.根据权利要求3所述的一种联合功率控制、上下行信道分配和模式选择的D2D通信资源分配方法，其特征在于：在步骤S3中，功率分配可以转化为在保障各个用户最小传输速率的限制下，最大化同一信道上一个蜂窝用户和一个D2D用户吞吐量的问题，以D2D用户复用蜂窝用户上行信道为例(复用下行信道时同理)：利用几何规划的方法求解上述问题，分别求解出D2D用户复用蜂窝用户上、下行信道时的功率。5.根据权利要求4所述的一种联合功率控制、上下行信道分配和模式选择的D2D通信资源分配方法，其特征在于：在步骤S4中，建立关于授权频段蜂窝用户和D2D用户总体吞吐量容量为K×2M的矩阵，如下所示：其中指的是D2D用户k复用蜂窝用户m上行信道的总体吞吐量，指的是D2D用户k复用蜂窝用户m下行信道的总体吞吐量。在获得吞吐量矩阵Rk,m后，利用经典的匈牙利算法求解上下行信道分配问题。6.根据权利要求5所述的一种联合功率控制、上下行信道分配和模式选择的D2D通信资源分配方法，其特征在于：在步骤S5中，计算将D2D用户k从授权频段移入免授权频段时的吞吐量增益：其中-ρkSWiFi(n)是D2D用户k对WiFi系统造成的吞吐量损失，Gk,m是将D2D用户对m从授权频段接入到免授权频段的吞吐量损失。每个D2D用户在免授权频段的占空比可以由其最小信噪比的限制来获得：在保证WiFi系统的最小吞吐量的前提下，D2D用户能接入到免授权频段的最大占空比为：为了最大化蜂窝用户和D2D用户的吞吐量，需要将具有较大吞吐量增益Hk的D2D用户对3CN111787623A权利要求书3/3页接入免授权频段。当Hk为负时，表示D2D用户对k在免授权频段对WiFi系统有强烈的干扰，造成WiFi用户的性能下降。因此需要将Hk从大到