一种基于NOMA的D2D蜂窝系统资源分配方法.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CN109842931A(43)申请公布日2019.06.04(21)申请号201910187933.9(22)申请日2019.03.13(71)申请人南京邮电大学地址210023江苏省南京市鼓楼区新模范马路66号(72)发明人朱琦迟琳曼(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人康燕文(51)Int.Cl.H04W52/26(2009.01)H04W52/34(2009.01)H04W52/38(2009.01)H04W52/24(2009.01)权利要求书2页说明书9页附图4页(54)发明名称一种基于NOMA的D2D蜂窝系统资源分配方法(57)摘要本发明公开了一种基于NOMA的D2D蜂窝系统资源分配方法。首先构建了系统模型，以NOMA方式通信的多个蜂窝用户和多个D2D对共同复用同一子信道，首先得到系统总速率的表达式，建立优化目标最大化系统总速率；针对原优化问题的非凸性，分为用户配对和功率分配两个子问题联合解决；对于用户配对问题，分别提出蜂窝用户和D2D对的匹配方法；对于功率分配问题，利用辅助梯度二分搜索算法解决子带功率分配问题，又根据逐次凸逼近中的对数近似转化优化问题为凸优化并解决了D2D对的发送功率。采用本发明可实现系统用户总速率最大化。CN109842931ACN109842931A权利要求书1/2页1.一种基于NOMA的D2D蜂窝系统资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以总速率最大化为目标对预先建立的基于NOMA的D2D蜂窝模型进行求解；(2)获得蜂窝用户到基站的信道增益矩阵H，选取每个子带上信道增益条件最好的两个用户m1和m2，直到所有的蜂窝用户完成配对；(3)进行D2D对与子带之间的多对多匹配；(4)由辅助梯度二分搜索算法进行子带功率分配；(5)通过逐次凸逼近优化D2D对的发送功率；(6)实现系统用户总速率最大化。2.根据权利要求1所述的一种基于NOMA的D2D蜂窝系统资源分配方法，其特征在于，步骤(1)所述模型的目标函数为：约束条件为：Pm≥0其中两个分配矩阵和分别表示将子信道k分配给D2D对n和蜂窝用户CUm占用子带k；表示蜂窝用户CUm在子信道k上的获得的速率；表示D2D对n在子信道k上获得2的速率；约束条件中表示蜂窝用户CUm的服务质量最小速率限制；|hn,m|为同一子信道上D2D对n和蜂窝用户CUm之间的信道增益；Pn为D2D对n的发送功率；θk为子信道k上D2D对和蜂窝用户之间的总干扰；PT为基站总功率；Pm为发送给蜂窝用户CUm的功率。3.根据权利要求1所述的一种基于NOMA的D2D蜂窝系统资源分配方法，其特征在于，所述步骤(2)通过以下公式实现：2其中a1、a2分别为两个蜂窝用户的功率分配因子，σ为高斯白噪声。4.根据权利要求1所述的一种基于NOMA的D2D蜂窝系统资源分配方法，其特征在于，所2CN109842931A权利要求书2/2页述步骤(3)包括以下步骤：(31)对所有D2D对建立关于子带的偏好列表(32)对于每个D2D对从最偏好的子带开始发送匹配请求；(33)对子带k来说，若加入D2D组S后总速率增大，即其中Mk表示已经分配在子带k上的蜂窝用户组合，则允许D2D组S加入子带k，否则继续寻找下一子带。5.根据权利要求1所述的一种基于NOMA的D2D蜂窝系统资源分配方法，其特征在于，所述步骤(4)通过以下公式实现：蜂窝用户的速率表示为：其中，Nk为子带k上存在的D2D对集合，m1和m2为两个蜂窝用户且满足|hm1|＞|hm2|，|hm122*|和|hm2|为蜂窝用户信道增益；利用辅助梯度二分搜索算法得到最优的子带功率{Pk}。6.根据权利要求1所述的一种基于NOMA的D2D蜂窝系统资源分配方法，其特征在于，所述步骤(5)包括以下步骤：(51)D2D对n在子带k上的速率可以表示为由对数近似log2(1+X)＝αlog2(X)+β，令其中则子带k上的D2D速率可以重写为(52)根据可以转化优化函数，得优化问题的拉格朗日函数为对偶函数为求偏导数且转换回P空间得有则一旦最优的通过上式获得，对偶问题可由次梯度方法获得其中为τλ步长。3CN109842931A说明书1/9页一种基于NOMA的D2D蜂窝系统资源分配方法技术领域[0001]本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于NOMA的D2D蜂窝系统资源分配方法。背景技术[0002]随着近年来智能移动化设备的爆炸式增长以及人们对各种各样多媒体应用的需求不断增加，传统蜂窝网络受到了极大的挑战。非正交多址接入(Non-OrthogonalMultipleAccess,NOMA)技术作为第五代移动通信的关键技术之一，它能够通过功率分配和串行干扰消除(Su