蜂窝网络中全双工D2D的功率分配方法.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CN108064077A(43)申请公布日2018.05.22(21)申请号201711350229.8(22)申请日2017.12.15(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市雁塔区太白南路2号(72)发明人刘毅王改静郭潇洒肖玲玲崔頔秦凡张海林(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205代理人田文英王品华(51)Int.Cl.H04W52/24(2009.01)H04W52/26(2009.01)H04W52/30(2009.01)H04W52/38(2009.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称蜂窝网络中全双工D2D的功率分配方法(57)摘要本发明公开一种蜂窝网络中全双工D2D的功率分配方法，解决了现有技术中D2D通信系统频谱效率较低的问题。本发明在满足蜂窝用户的最小通信速率约束和蜂窝用户、D2D用户的单独功率约束的基础上，建立最大化系统频谱效率的蜂窝网络系统模型，针对得到的非线性非凸优化模型，使用传统优化方法和智能算法相结合的功率分配方法得到蜂窝用户和D2D用户的发射功率。本发明考虑了全双工D2D用户和蜂窝用户的总频谱效率，且提出的功率分配方法具有精度高、复杂度低的特点，提高了D2D通信系统的可靠性和频谱效率。CN108064077ACN108064077A权利要求书1/3页1.一种蜂窝网络中全双工D2D的功率分配方法，其特征在于，蜂窝网络中包含一个基站、一个蜂窝用户和两个D2D用户，蜂窝用户到基站采用半双工模式通信，两个D2D用户采用全双工模式复用蜂窝用户的频谱资源通信，通过对蜂窝用户和两个D2D用户进行最优功率分配，使蜂窝网络系统的频谱效率最大，具体步骤包括如下：(1)按照下式，计算没有D2D用户复用蜂窝用户的频谱资源时，蜂窝用户到基站的最大信息速率：其中，Rcu′表示没有D2D用户复用蜂窝用户cu的频谱资源时，蜂窝用户cu到基站的最大信息速率，B表示蜂窝网络系统的带宽，log2表示以2为底的对数操作，表示蜂窝用户cu的最大发射功率，hcu表示蜂窝用户cu到基站通信链路的信道增益，nc表示基站接收的背景噪声功率；(2)判断没有D2D用户复用蜂窝用户cu的频谱资源时蜂窝用户cu到基站的最大信息速率Rcu′是否大于蜂窝网络系统中蜂窝用户cu自身的最小信息速率，若是，则执行步骤(3)，否则，执行步骤(11)；(3)按照下式，基站建立使频谱效率最大的蜂窝网络系统的功率分配模型：目标函数约束条件其中，max{·}表示求最大值的操作，p1表示第一个D2D用户的发射功率，h1表示第一个D2D用户到基站的干扰链路的信道增益，p2表示第二个D2D用户的发射功率，h2表示第二个D2D用户到基站的干扰链路的信道增益，h12表示第一个D2D用户到第二个D2D用户的通信链路的信道增益，h2′表示蜂窝用户到第二个D2D用户的干扰链路的信道增益，η表示第一个D2D用户进行自干扰消除后的剩余环路自干扰系数，第二个D2D用户与第一个D2D用户的剩余环路自干扰系数相等，nd表示第一个D2D用户接收的背景噪声功率，第二个D2D用户与第一个D2D用户接收的背景噪声相等，h21表示第二个D2D用户到第一个D2D用户的通信链路的信道增益，h1′表示蜂窝用户到第一个D2D用户的干扰链路的信道增益，表示蜂窝网络系max统设定的蜂窝用户cu的最小信息速率，P1表示第一个D2D用户的最大发射功率，表示第二个D2D用户的最大发射功率；(4)获得至少一个D2D用户的发射功率为0时，蜂窝用户和两个D2D用户的发射功率值：(4a)令第一个D2D用户的发射功率为0，利用积极约束条件，计算蜂窝用户、第二个D2D用户的发射功率值，将该功率组合下的系统频谱效率值记为e1；(4b)令第二个D2D用户的发射功率为0，利用积极约束条件，计算蜂窝用户、第一个D2D用户的发射功率值，将该功率组合下的系统频谱效率值记为e2；(4c)若e1大于e2，将步骤(4a)中得到的蜂窝用户、第一个D2D用户、第二个D2D用户的功率记为功率组合1，否则，将步骤(4b)中得到的蜂窝用户、第一个D2D用户、第二个D2D用户的2CN108064077A权利要求书2/3页功率记为功率组合1；(5)按照下式，计算两个D2D用户同时复用蜂窝用户的频谱资源时，蜂窝用户的信息速率最大值：其中，Rcu″表示两个D2D用户同时复用蜂窝用户cu到基站的频谱资源时，蜂窝用户cu的信息速率最大值，表示第一个D2D用户和第二个D2D用户的最小发射功率；(6)判断两个D2D用户同时复用蜂窝用户的频谱资源时蜂窝用户cu的信息速率最大值Rcu″是否不小于蜂窝用户cu自身的最小信息速率，若是，则执行步骤(7)，否则，执行步骤(9)