蜂窝异构网络中基于功率控制的D2D资源分配方法组成比例

本发明专利技术提供了一种蜂窝异构网络中基于功率控制的D2D资源分配方法，包括：根据最优功率分配方案，分别计算D2D发送端、宏蜂窝用户、飞蜂窝用户的最优发送功率；确定D2D对的最优复用频谱数；分别计算出这个D2D对复用每个宏蜂窝用户CUE频谱资源时的根据从小到大排序，选出前Nf个频段，为此D2D对复用；对多对D2D对重复以上步骤，动态更新资源分配策略。本发明专利技术联合优化了宏蜂窝用户、飞蜂窝用户和D2D用户的发送功率，并得到了最优发送功率的闭式解；其次，本发明专利技术为每个D2D用户定义了一个最优频谱资源复用数，提高了整个网络的频谱利用率，且在提升D2D吞吐量的同时节省了系统的总功耗，符合绿色通信的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及频谱资源管理
，具体是一种蜂窝异构网络中基于功率控制的 D2D资源分配方法。
技术介绍
功率控制是蜂窝异构网络实现频谱资源共享的关键技术，为了保证D2D用户接入 蜂窝用户的授权频段时的干扰不影响蜂窝用户的正常通信，同时也保证蜂窝用户对D2D用 户的干扰不影响D2D用户的正常通信，需要对蜂窝异构网络中蜂窝用户和D2D用户的功率 都进行适当的控制，并且为D2D用户选择适合复用的蜂窝用户资源。 传统的蜂窝异构网络中D2D资源分配方法一般考虑的是宏蜂窝与D2D两层网络异 构的场景，此时只需要优化D2D发送端和宏蜂窝用户的发送功率即可，有的方法甚至仅仅 通过注水法优化D2D用户的发送功率。而未来蜂窝异构网络中很可能同时存在宏蜂窝、飞 蜂窝和D2D通信三层网络，由此引入的三层网络间的干扰场景与两层异构网络不再相同， 且更加复杂。因此，这种三层异构网络中的资源共享优化问题需要联合优化三层用户的发 送功率来解决。 还有些传统的蜂窝异构网络中的D2D资源分配方法只考虑了一个蜂窝用户和一 对D2D对互相共享资源的情况，或者D2D可以复用的频谱资源数是固定的，此时一对D2D用 户只需要考虑单频段上的发送功率和与之配对的蜂窝用户的发送功率。但是这样无法利用 D2D通信高频谱利用率的特性，造成了频谱资源的浪费。因此，需要为D2D用户灵活地、动态 地分配频谱资源。 另外一种传统的蜂窝异构网络中的D2D资源分配方法只限制满足蜂窝用户QoS最 低要求时的D2D最大发送功率，且蜂窝用户使用的发送功率是固定的，D2D选择的复用频谱 资源也是固定的。这样D2D发送端始终使用满足要求的最大发送功率传输数据，蜂窝用户 只能保证其速率为最低门限值，大大牺牲了原蜂窝网络的性能，且D2D用户始终使用最大 发送功率也造成了系统总功耗的增加，不符合绿色通信的要求。除此之外，一些D2D用户与 蜂窝用户距离太近，其相互之间的干扰已经无法通过简单的功率控制来抑制，此时固定的 为D2D选择复用的频谱资源就会带来难题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于最优功率分配策略和最优频谱复用数的资源分配方法。本 专利技术能够同时优化宏蜂窝用户、飞蜂窝用户和D2D用户的发送功率，并得到了最优发送功 率的闭式解。同时，本方法还为每对D2D用户定义了一个最佳频谱复用数，使蜂窝异构网络 的频谱效率得到最大程度的提升。相较于传统资源分配方法，本方法能够在最大化D2D链 路吞吐量的同时节约系统总功耗，更符合绿色通信的要求。 根据本专利技术提供的一种蜂窝异构网络中基于功率控制的D2D资源分配方法，包括 如下具体步骤： 第一步，根据最优功率分配方案，分别计算D2D发送端、宏蜂窝用户、飞蜂窝用户 的最优发送功率Pf、/f、i表示宏蜂窝用户占用的频谱序号，i = 1，2，...，N，N为 小区内宏蜂窝用户数，上标*表示最优； 其中，所述最优功率分配方案如下：令一个D2D对复用多个宏蜂窝用户CUE的频谱 资源，通过联合优化宏蜂窝用户CUE、飞蜂窝用户FUE和D2D用户的发射功率，使得该D2D对 的吞吐量最大化； 第二步，根据^ A &〇. 1，确定D2D对的最优复用频谱数Nf; Afl 其中，ATh表示D2D复用频谱数增加时的平均吞吐量增量，Δη表示D2D复用频谱 数的增量，S表示吞吐量增长速率门限值；Th表示当D2D复用频谱数为η时的平均吞吐量， η = 1，2,. . .，N，N为小区内宏蜂窝用户数，那么定义D2D对的最优频谱复用数乂即为当吞 吐量增长速率^小于吞吐量增长速率门限值S时的D2D复用频谱数； A/? 第三步，分别计算出这个D2D对复用每个宏蜂窝用户CUE频谱资源时的 = < + < + < ; <tai表示频谱i上的D2D用户、宏蜂窝用户和飞蜂窝用户的总 功率； 第四步，根据i4dl从小到大排序，选出前Nf个频段，为此D2D对复用； 第五步，对多对D2D对重复以上第一步至第四步，动态更新资源分配策略。 优选地，Pf、Pf分别为D2D发送端、宏蜂窝用户和飞蜂窝用户的最优发送 功率，表达式如下：【主权项】1. 一种蜂窝异构网络中基于功率控制的D2D资源分配方法，其特征在于，包括如下具 体步骤： 第一步，根据最优功率分配方案，分别计算D2D发送端、宏蜂窝用户、飞蜂窝用户的最 优发送功率巧T、片'、片.'，i表示宏蜂窝用户占用的频谱序号，i=l，2，...，N，N为小区内 宏蜂窝用户数，上标*表示最优； 其中，所述最优功率分配方案如下；令一个D2D对复用多个宏蜂窝用户CUE的频谱资 源，通过联合优化宏蜂窝用户CUE、飞蜂窝用户FUE和D2D用户的发射功率，使得该D2D对的 吞吐量最大化； 第二步，根据^ ^ 1，确定D2D对的最优复用频谱数Nf; All 其中，A化表示D2D复用频谱数增加时的平均吞吐量增量，An表示D2D复用频谱数 的增量，5表示吞吐量增长速率口限值；化表示当D2D复用频谱数为n时的平均吞吐量，n =1，2,. . .，N，N为小区内宏蜂窝用户数，那么定义D2D对的最优频谱复用数Nf即为当吞吐 量增长速率小于吞吐量增长速率口限值5时的D2D复用频谱数； A巧 第S步，分别计算出该个D2D对复用每个宏蜂窝用户CUE频谱资源时的乂 1。1， 片。W=旬' +分+這';表示频谱i上的〇2〇用户、宏蜂窝用户和飞蜂窝用户的总 功率； 第四步，根据成。从小到大排序，选出前Nf个频段，为此D2D对复用； 第五步，对多对D2D对重复W上第一步至第四步，动态更新资源分配策略。2. 根据权利要求1所述的蜂窝异构网络中基于功率控制的D2D资源分配方法，其特征 在于，為'、《'、片?分别为〇2〇发送端、宏蜂窝用户和飞蜂窝用户的最优发送功率，表达式 如下：其中，是D2D发送端在频段i上的最大发射功率，表示投影在区间化尸之、] 上的值，A为拉格朗日乘子；a= 2A-1，片=-1，Pi是频段i上的宏蜂窝用户 C肥的QoS口限，目i是频段i上的飞蜂窝用户即E的QoS口限；Z/rN巧、分;分别为频段 i上的宏蜂窝用户C肥到宏蜂窝基站、到D2D接收端、到飞蜂窝基站的信道增益，€、Gj、 巧分别为频段i上的D2D发送端到宏蜂窝基站、到D2D接收端、到飞蜂窝基站的信道增益， 与、分别为频段i上的飞蜂窝用户即E到宏蜂窝基站、到〇2〇接收端、到飞蜂窝基 站的信道增益，Vj、；V;分别表示频段i上的宏蜂窝用户、D2D用户和飞蜂窝用户受 到的系统噪声；且有3. 根据权利要求2所述的蜂窝异构网络中基于功率控制的D2D资源分配方法，其特征 在于，A的最大值Am。,为=max,'[^}，且每个从都随A单调递减，A*通过二分法 找到，随后将A*作为拉格朗日乘子A带入到片'、pf、片'的表达式中得到〇2〇发送端、 宏蜂窝用户和飞蜂窝用户的最优发送功率;maXi{?}表示频段i上的最大值，A*表示拉格 朗日乘子的最优值。4. 根据权利要求1所述的蜂窝异构网络中基于功率控制的D2D资源分配方法，其特 征在于，资源分配策略的更新准则为；如果某个频段同时被多个D2D对选中，则比较该多个 D2D对在该频段上的系统功耗，把该频段资源分配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜂窝异构网络中基于功率控制的D2D资源分配方法，其特征在于，包括如下具体步骤：第一步，根据最优功率分配方案，分别计算D2D发送端、宏蜂窝用户、飞蜂窝用户的最优发送功率i表示宏蜂窝用户占用的频谱序号，i＝1,2,...,N，N为小区内宏蜂窝用户数，上标＊表示最优；其中，所述最优功率分配方案如下：令一个D2D对复用多个宏蜂窝用户CUE的频谱资源，通过联合优化宏蜂窝用户CUE、飞蜂窝用户FUE和D2D用户的发射功率，使得该D2D对的吞吐量最大化；第二步，根据确定D2D对的最优复用频谱数Nf；其中，ΔTh表示D2D复用频谱数增加时的平均吞吐量增量，Δn表示D2D复用频谱数的增量，δ表示吞吐量增长速率门限值；Th表示当D2D复用频谱数为n时的平均吞吐量，n＝1,2,...,N，N为小区内宏蜂窝用户数，那么定义D2D对的最优频谱复用数Nf即为当吞吐量增长速率小于吞吐量增长速率门限值δ时的D2D复用频谱数；第三步，分别计算出这个D2D对复用每个宏蜂窝用户CUE频谱资源时的表示频谱i上的D2D用户、宏蜂窝用户和飞蜂窝用户的总功率；第四步，根据从小到大排序，选出前Nf个频段，为此D2D对复用；第五步，对多对D2D对重复以上第一步至第四步，动态更新资源分配策略。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩琰，蒋铃鸽，何晨，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31