一种面向QoE的蜂窝网络D2D通信频谱资源分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种面向QoE的蜂窝网络D2D通信频谱资源分配方法，包括以下步骤：S1：计算蜂窝用户和D2D用户对之间的信道增益、蜂窝用户共享资源块后的数据传输速率以及D2D用户对获得资源块后的数据传输速率；S2：分配给蜂窝用户相应的资源块；S3：引入一个参量k‑QoE，k‑QoE为D2D用户对在时隙k中的QoE，通过计算k‑QoE，获得每一个D2D用户对在时隙k下的QoE值以及D2D用户对的权重，并根据权重对D2D用户对进行优先权排列；S4：根据步骤S3得到的优先权排列结果分配资源块给D2D用户对；S5：判断是否存在剩余的资源块未被分配：如果存在，则将剩余的资源块分配给相应的D2D用户对，使得蜂窝系统吞吐量最大化。本发明专利技术有效提高了蜂窝网络下系统的吞吐量性能。

【技术实现步骤摘要】
一种面向QoE的蜂窝网络D2D通信频谱资源分配方法
本专利技术涉及无线通讯
，特别是涉及一种面向QoE的蜂窝网络D2D通信频谱资源分配方法。
技术介绍
D2D通信被认为是针对下一代蜂窝网络的一项具有发展前景的技术。在D2D通信中，一些用户设备可以在短距离范围内不需要经过基站转接，相互之间直接进行通信。这种具有短距离传输特性的D2D通信具有许多令人期待的特性，包括提高频谱效率、降低基站流量、提高系统吞吐量、延长电池设备的使用寿命等。体验质量(QoE)是通信服务中需要考虑的一个重要问题。QoE是指用户对于一项服务质量所表现的主观感受。D2D通信作为一种新的通信模式，用户期望D2D通信能给他们提供高速数据传输的服务以满足他们在视频流、在线游戏、近场社交网络方面不断增长的需求。但是，这些服务需要大量的频谱资源来支持，而实际中可使用的频谱资源是有限的。所以，研究QoE感知的蜂窝网络D2D通信的频谱资源分配算法很有必要。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种面向QoE的蜂窝网络D2D通信频谱资源分配方法，在蜂窝网络下D2D通信在单小区下行资源共享场景中，将用户QoE考虑在内，对蜂窝网络下的D2D通信做资源分配，并提高系统吞吐量。技术方案：为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术所述的面向QoE的蜂窝网络D2D通信频谱资源分配方法，包括以下步骤：S1：计算蜂窝用户和D2D用户对之间的信道增益、蜂窝用户共享资源块后的数据传输速率以及D2D用户对获得资源块后的数据传输速率；S2：分配给蜂窝用户相应的资源块；S3：引入一个参量k-QoE，k-QoE为D2D用户对在时隙k中的QoE，通过计算k-QoE，获得每一个D2D用户对在时隙k下的QoE值以及D2D用户对的权重，并根据权重对D2D用户对进行优先权排列；S4：根据步骤S3得到的优先权排列结果分配资源块给D2D用户对；S5：判断是否存在剩余的资源块未被分配：如果存在，则将剩余的资源块分配给相应的D2D用户对，使得蜂窝系统吞吐量最大化。进一步，所述步骤S1具体包括以下过程：S1.1：计算第i个蜂窝用户Ci和第j个D2D用户对Dj发射端之间的信道增益i＝1,2,...,M，M为蜂窝用户的总数量；j＝1,2,...,N，N为D2D用户对的总数量；S1.2：所有蜂窝用户共享第l个资源块RBl后的数据传输速率通过式(1)计算得到：其中，B为第l个资源块RBl的带宽，l＝1,2,...,L，为第i个蜂窝用户Ci的接收端信噪比；第l个资源块RBl有以下四种状态：状态一：一个RB既不被蜂窝用户也不被D2D用户对使用；状态二:一个RB只被一个蜂窝用户使用；状态三:一个RB只被一对D2D用户对使用；状态四:一个RB被一个蜂窝用户和一对D2D用户对共享使用；对应于第l个资源块RBl的四种不同状态，也有以下四种状态：状态一和状态三：状态二：状态四：其中，PB为基站的发射功率，为基站与第i个蜂窝用户Ci之间的信道增益，N0为所有用户接收到的噪声功率，所有用户包括蜂窝用户和D2D用户，PD为D2D用户对发射端的发射功率；S1.3：第j个D2D用户对Dj获得第l个资源块RBl后的数据传输速率通过式(5)计算得到：其中，为第j个D2D用户对Dj的接收端信噪比；对应于第l个资源块RBl的四种不同状态，也有以下四种状态：状态一和状态二：状态三：状态四：其中，为第j个D2D用户对Dj发射端与第j个D2D用户对Dj接收端之间的信道增益，为基站与第j个D2D用户对Dj接收端之间的信道增益。进一步，所述步骤S2中，对每一个蜂窝用户都进行以下操作：S2.1：根据式(1)和(2)计算S2.2：根据式(9)计算第i个蜂窝用户Ci需要的资源块数量n：其中，为第i个蜂窝用户Ci数据服务的最小数据传输速率需求；S2.3：重复步骤S2.1和S2.2，直到所有蜂窝用户的资源块需求得到满足。进一步，所述步骤S3中，k-QoE通过式(10)计算得到：其中，为第j个D2D用户对Dj期望的服务完成时间，如式(11)所示；为第j个D2D用户对Dj直到第k-1个时隙为了完成服务所使用的时间，如式(12)所示；其中，为第j个D2D用户对Dj的业务需求任务量，为第j个D2D用户对Dj数据服务的最小数据传输速率需求；其中，为第j个D2D用户对Dj直到第k-2个时隙为了完成服务所使用的时间，τ为一个时隙的时间长度，msj(k-1)为第j个D2D用户对Dj在第k-1个时隙内的服务完成量，msj(k-2)为第j个D2D用户对Dj在第k-2个时隙内的服务完成量，为第j个D2D用户对Dj在第k-1个时隙的数据传输速率。进一步，所述步骤S4中，资源块的具体分配过程如下：S4.1：根据式(10)计算每一个D2D用户对的k-QoE值，根据k-QoE值，对所有D2D用户对进行升序排列；S4.2：对于第j个D2D用户对Dj，寻找与它距离最远的蜂窝用户；S4.3：检查距离最远的蜂窝用户占有的所有资源块是否都满足式(13)所示的条件，并检查如果将该蜂窝用户占有的一个资源块分配给第j个D2D用户对Dj，该蜂窝用户的QoS是否满足要求：如果两者均满足要求，则将该蜂窝用户的该资源块分配给第j个D2D用户对Dj，然后进行步骤S4.4；否则，回到步骤S4.2；其中，ωl,j为矩阵Ω＝[ωl,j]L×N中的元素，ωl,j表示第l个资源块RBl和第j个D2D用户对Dj的资源共享情况，具体如式(14)所示；矩阵Ω为资源块分配结果；L为资源块的总数量，N为D2D用户对的总数量；S4.4：根据式(5)计算如果则进行步骤S4.6；否则，则进行步骤S4.5；S4.5：检查是否所有处于状态二的资源块都不能被分配给第j个D2D用户对Dj：如果都不能，则选择一个处于状态一的资源块分配给第j个D2D用户对Dj，如果所有处于状态一的资源块都已被分配完，则进行步骤S4.6，如果处于状态一的资源块有未被分配完的，则回到步骤S4.4；如果存在能被分配给第j个D2D用户对Dj的处于状态二的资源块，则回到步骤S4.2；S4.6：重复步骤S4.2-S4.5，直到所有D2D用户对都已经被分配资源块。进一步，所述步骤S5中，剩余的资源块按照以下方法进行分配：S5.1：检查一个剩余资源块的状态：如果该资源块处于状态一，则进行步骤S5.2；如果该资源块处于状态二，则进行步骤S5.3；如果该资源块既不处于状态一，也不处于状态二，则进行步骤S5.4；S5.2：根据式(10)计算所有D2D用户对的k-QoE值，并根据k-QoE值将D2D用户对做升序排列，将该资源块分配给序列中第一个D2D用户对，然后进行步骤S5.4；S5.3：选择距离拥有该资源块的蜂窝用户最远的D2D用户对，检查该蜂窝用户拥有的每一个资源块是否都满足式(13)，并检查将该资源块分配给第j个D2D用户对Dj之后，该蜂窝用户的QoS是否满足要求：如果两者均满足要求，则将该资源块分配给第j个D2D用户对Dj，然后进行步骤S5.4；否则，重复步骤S5.3；S5.4：重复步骤S5.1-S5.3，直到所有的剩余资源块均已被分配。有益效果：本专利技术公开了一种面向QoE的蜂窝网络D2D通信频谱资源分配方法，确保蜂窝用户和D2D用户对QoS要求不受严重影响的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向QoE的蜂窝网络D2D通信频谱资源分配方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：计算蜂窝用户和D2D用户对之间的信道增益、蜂窝用户共享资源块后的数据传输速率以及D2D用户对获得资源块后的数据传输速率；S2：分配给蜂窝用户相应的资源块；S3：引入一个参量k‑QoE，k‑QoE为D2D用户对在时隙k中的QoE，通过计算k‑QoE，获得每一个D2D用户对在时隙k下的QoE值以及D2D用户对的权重，并根据权重对D2D用户对进行优先权排列；S4：根据步骤S3得到的优先权排列结果分配资源块给D2D用户对；S5：判断是否存在剩余的资源块未被分配：如果存在，则将剩余的资源块分配给相应的D2D用户对，使得蜂窝系统吞吐量最大化。

【技术特征摘要】
1.一种面向QoE的蜂窝网络D2D通信频谱资源分配方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：计算蜂窝用户和D2D用户对之间的信道增益、蜂窝用户共享资源块后的数据传输速率以及D2D用户对获得资源块后的数据传输速率；S2：分配给蜂窝用户相应的资源块；S3：引入一个参量k-QoE，k-QoE为D2D用户对在时隙k中的QoE，通过计算k-QoE，获得每一个D2D用户对在时隙k下的QoE值以及D2D用户对的权重，并根据权重对D2D用户对进行优先权排列；S4：根据步骤S3得到的优先权排列结果分配资源块给D2D用户对；S5：判断是否存在剩余的资源块未被分配：如果存在，则将剩余的资源块分配给相应的D2D用户对，使得蜂窝系统吞吐量最大化。2.根据权利要求1所述的面向QoE的蜂窝网络D2D通信频谱资源分配方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下过程：S1.1：计算第i个蜂窝用户Ci和第j个D2D用户对Dj发射端之间的信道增益i＝1,2,...,M，M为蜂窝用户的总数量；j＝1,2,...,N，N为D2D用户对的总数量；S1.2：所有蜂窝用户共享第l个资源块RBl后的数据传输速率通过式(1)计算得到：其中，B为第l个资源块RBl的带宽，l＝1,2,...,L，为第i个蜂窝用户Ci的接收端信噪比；第l个资源块RBl有以下四种状态：状态一：一个RB既不被蜂窝用户也不被D2D用户对使用；状态二:一个RB只被一个蜂窝用户使用；状态三:一个RB只被一对D2D用户对使用；状态四:一个RB被一个蜂窝用户和一对D2D用户对共享使用；对应于第l个资源块RBl的四种不同状态，也有以下四种状态：状态一和状态三：状态二：状态四：其中，PB为基站的发射功率，为基站与第i个蜂窝用户Ci之间的信道增益，N0为所有用户接收到的噪声功率，所有用户包括蜂窝用户和D2D用户，PD为D2D用户对发射端的发射功率；S1.3：第j个D2D用户对Dj获得第l个资源块RBl后的数据传输速率通过式(5)计算得到：其中，为第j个D2D用户对Dj的接收端信噪比；对应于第l个资源块RBl的四种不同状态，也有以下四种状态：状态一和状态二：状态三：状态四：其中，为第j个D2D用户对Dj发射端与第j个D2D用户对Dj接收端之间的信道增益，为基站与第j个D2D用户对Dj接收端之间的信道增益。3.根据权利要求2所述的面向QoE的蜂窝网络D2D通信频谱资源分配方法，其特征在于：所述步骤S2中，对每一个蜂窝用户都进行以下操作：S2.1：根据式(1)和(2)计算S2.2：根据式(9)计算第i个蜂窝用户Ci需要的资源块数量n：其中，为第i个蜂窝用户Ci数据服务的最小数据传输速率需求；S2.3：重复步骤S2.1和S2.2，直到所有蜂窝用户的资源块需求得到满足。4.根据权利要求3所述的面向QoE的蜂窝网络D2D通信频谱资源分配方法，其特征在于：所述步骤S3中，k-QoE通过式(10)计算得到：其中，为第j个D2D用户对Dj期望的服务完成时间，如式(11)所示；为第j个D2D用户对Dj直到第k-1个时隙为了完成服务所使用的时间，如式(12)所示...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑军，刘诚征，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32