基于NOMA的D2D通信联合子信道与功率分配方法.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CN108462950A(43)申请公布日2018.08.28(21)申请号201810250819.1(22)申请日2018.03.26(71)申请人南京邮电大学地址210003江苏省南京市鼓楼区新模范马路66号(72)发明人朱琦陶静(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人向文(51)Int.Cl.H04W4/70(2018.01)H04W52/24(2009.01)H04W72/04(2009.01)H04W72/08(2009.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称基于NOMA的D2D通信联合子信道与功率分配方法(57)摘要本发明公开了一种基于NOMA的D2D通信联合子信道与功率分配方法，依次包括计算每个蜂窝用户被各个D2D组复用后的信噪比、为每个D2D组用户选择候选蜂窝用户、为每个D2D组分配最优的子载波、构建以最大化D2D用户的能量效率为目标的优化函数、将得到的信道分配结果xi,j代入优化目标和对各个D2D组中强弱用户进行功率分配。本发明针对D2D通信用户与蜂窝用户之间存在的同道干扰以及D2D组内基于NOMA准则的功率分配问题，构建以D2D用户总能量效率最大为优化目标的优化问题，采用信道分配和功率分配分步进行的方式进行处理。该方法首先采用匈牙利算法为每个D2D组分配信道，然后运用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)最优约束条件推导得各个D2D组内功率分配方案，从而实现D2D用户总能量效率最大。CN108462950ACN108462950A权利要求书1/2页1.一种基于NOMA的D2D通信联合子信道与功率分配方法，其特征在于：包括如下步骤：1)计算每个蜂窝用户被各个D2D组复用后的信噪比：系统由M个蜂窝用户与N个D2D组组成，每个D2D组包含一个D2D发射机和两个D2D接收机，每个D2D组复用一个子载波，假设D2D组内的D2D发射机以固定功率比的发射功率发送给两个接收机，计算出被D2D组j复用后蜂窝用户i的信噪比2)为每个D2D组用户选择候选蜂窝用户：判断是否大于蜂窝用户的信干噪比，如果大于则把蜂窝用户i添加到第j个D2D组的候选蜂窝用户集中；3)为每个D2D组分配最优的子载波；4)构建以最大化D2D用户的能量效率为目标的优化函数：优化函数的目标函数为：约束条件为和其中蜂窝用户在各个子信道上的发射功率均为Pc，每个D2D组中D2D发射端的发射功率为PD，gi,B表示蜂窝用户i与基站之间的信道增益，gj,1和gj,2分别表示第j个D2D组中D2D发射端与D2D接收端1和D2D接收端2之间的信道增益，和分别表示蜂窝用户i和与之共用信道的第j个D2D组中接收端1和接收端2之间的信道增益，hj,B表示第j个D2D组中发发射端与2基站间的信道增益，σ表示各个用户接受到的高斯白噪声，xi,j∈{0,1}为信道分配的指示变量，表示各个蜂窝用户的信干噪比阈值，和表示各个D2D组中强弱用户的信干噪比阈值，σ2是高斯白噪声；为了区分D2D组中的两个接收端，将D2D发射端与接收端之间信道增益大的用户称为强用户，信道增益小的用户称为弱用户。假设gj,1＞gj,2，即接收端1为强用户，接收端2为弱用户，分配给强用户的功率为分配给弱用户的功率为5)将得到的信道分配结果xi,j代入优化目标，由于D2D组中强弱用户所分配的功率和一定，因此可以将原优化问题中的与转化为一个未知量，引入功率分配因子ε，定义则根据优化条件得到构建步骤4中优化函数的拉格朗日乘子式：其中λ1和λ2为拉格朗日乘子，对该拉格朗日乘子式进行求导，得到两种功率分配因子和6)对各个D2D组中强弱用户进行功率分配。2CN108462950A权利要求书2/2页2.根据权利要求1所述的一种基于NOMA的D2D通信联合子信道与功率分配方法，其特征在于：所述步骤3中利用匈牙利算法为每个D2D组分配最优的子载波，具体步骤如下：3.1)计算每个D2D组j与其对应的候选蜂窝用户集中复用不同蜂窝用户信道所对应的能量效率；3.2)比较得出每个D2D组中复用信道后的最大能效值，将其与之前所得的各个能效值的差值作为D2D组j与蜂窝用户i的权重ej,i；3.3)将得到的权重ej,i代入到KM算法中，得到每个D2D组所分配的蜂窝用户。3.根据权利要求1或2所述的一种基于NOMA的D2D通信联合子信道与功率分配方法，其特征在于：所述步骤6的具体步骤如下：6.1)区分强弱用户，如果在第j个D2D组中gj,1＞gj,2，则拥有信道增益gj,1的用户为强用户，分配低功率此时发送给另一个接收端的功率为反之，则相反；6.2)根据第j组中的计算得到和按照步骤6.1分配给第j个D2D组中的强弱用户，得