一种蜂窝D2D通信系统中联合模式选择和资源分配方法.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CN108112084A(43)申请公布日2018.06.01(21)申请号201810007760.3(22)申请日2018.01.04(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)发明人唐宏阮持光刘东东鲁亚凯(51)Int.Cl.H04W72/04(2009.01)权利要求书3页说明书8页附图1页(54)发明名称一种蜂窝D2D通信系统中联合模式选择和资源分配方法(57)摘要本发明涉及一种蜂窝D2D通信系统中联合模式选择和资源分配方法，属于无线移动通信技术领域。该方法主要包括以下步骤S1:计算直通模式和中继(DF)模式下D2D通信速率；S2:中继模式下，通过Dinkelbach算法进行D2D用户和中继用户的最优功率分配；S3:直通模式下，对D2D用户对最优功率分配；S4:将D2D直通模式看成中继模式的一种，计算得最大速率矩阵RK*M+1，通过匈牙利算法实现最优中继选择；本发明设计的蜂窝D2D通信系统中联合模式选择和资源分配算法考虑同时考虑了D2D用户和中继用户的功率分配、模式选择、最优中继选择。通过联合模式选择和资源分配实现系统吞吐量的最大化。CN108112084ACN108112084A权利要求书1/3页1.一种蜂窝D2D通信系统中联合模式选择和资源分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：计算直通模式和中继(DF)模式下D2D用户通信速率；S2：中继模式下，通过Dinkelbach算法进行D2D用户和中继用户的最优功率分配；S3：直通模式下，对D2D用户对最优功率分配；S4：将D2D直通模式看成中继模式的一种，计算得最大速率矩阵RK*M+1，通过匈牙利算法实现最优中继选择。2.根据权利要求1所述的一种蜂窝D2D通信系统中联合模式选择和资源分配方法，其特征在于，所述步骤S1的具体方法为：首先，考虑考虑蜂窝系统D2D用户复用蜂窝用户会产生相互间干扰的特性建立蜂窝用户系统模型，该蜂窝系统模型规定D2D用户复用蜂窝用户的上行链路，而且D2D复用的蜂窝用户已经确定,假设带宽为1。直通模式下，D2D接收端和蜂窝用户在基站侧的信干噪比表示为:其中，Pjs，Gjs,ja分别表示D2D对Dj的发送功率，Dj间的信道增益，PCj，GCj,ja分别表示D2D复用的蜂窝用户Cj的发送功率，Cj与接收端间的信道增益。表示D2D接收端的信噪比，表示蜂窝用户在基站侧的信噪比。根据香农公式可得直通模式下Dj链路速率的速率和蜂窝用户Cj链路的速率分别为：然后，分析该蜂窝系统中D2D用户在中继模式下的速率，假设该中继模式工作在半双工信道，采用解码转发(DF)模式进行协助通信。Gjs,Ir、GCj,Ir分别表示Dj发送端、蜂窝用户Cj和中继Ir间的信道中增益，定义二元变量xDj,Ir＝{0,1}，xDj,Ir＝1表示D2D用户对Dj通过中继节点Ir协作通信，否则xDj,Ir＝0。第一时隙，中继节点Ir和蜂窝用户Cj在基站侧的信干噪比为：根据香农公式求得Dj和中继节点Ir，蜂窝用户Cj的速率分别为：第二时隙D2D接收端和蜂窝用户在基站侧的SINR：由香农公式得第二时隙中继节点和D2D接收端以及蜂窝用户的速率分别为：由于该中继工作在半双工状态，在中继协作下的两个时隙的D2D链路通信速率受最小速率影响。所以D2D链路的平均速率为：蜂窝用户的平均速率为：2CN108112084A权利要求书2/3页基于以上各式，在该蜂窝系统中D2D速率，和每对D2D用户复用的蜂窝用户的速率可分别表示为：。3.根据权利要求1所述的一种蜂窝D2D通信系统中联合模式选择和资源分配方法，其特征在于所述步骤S2的具体方法为：在中继模式下，将蜂窝系统中的每对D2D用户遍历所有的候选中继节点，并分别进行最优功率分配，则相当于其中是D2D用户在中继模式下，进行最优功率分配后，复用的蜂窝用户和D2D用户下的最优速率和。下面首先证明引理1：如果则满足证明：假设式成立，如果则可以降低D2D用户的发射功率，保持这样会对蜂窝用户的干扰减小，提升蜂窝用户的速率，达到总速率的提升，若可以降低中继节点的发送功率，保持中继节点的功率降低同样会减少对蜂窝用户的干扰，提高总速率，得证。将代入各项数据后化简可得：令求中继模式下的最优功率分配，则相当于求如何进行最优功率分配，实现α最大。通过引理1可得D2D用户发送功率PDj和中继用户发送功率PIr是线性关系：代入α可得：α的分子是关于PIr的三次方多项式，分母是关于PIr的二次方多项式，该优化问题属于非线性分数优化问题，其凹凸性很难判断，可以通过Dinkelbach算法进行最有功率求解。该方法不仅可将分式问题转减式问题，而且还能通过迭代求出最大值α。使用Dinkelb