本发明专利技术公开一种中继协同异构蜂窝网络D2D通信资源分配方法，包括求得当蜂窝用户n采取Q(n)通信模式时，D2D通信在频段n上所能达到的最大可达速率阈值根据判断D2D通信选取的频谱资源能否满足系统服务质量需求；联合分配蜂窝用户n采取通信模式Q(n)时D2D通信在频段n上分配到的可达速率目标以及确定蜂窝用户n的通信模式Q(n)；求系统总发送功率Ptotal。本发明专利技术能够同时优化蜂窝用户和D2D用户的发送功率、D2D用户在每个频段上的最优可达速率目标以及确定系统中每个蜂窝用户的通信模式。相比于传统的资源分配方法，本方法能够在保证蜂窝用户和D2D用户可达速率的同时节约系统的总功耗，更能符合绿色通信的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及的是一种无线通信
的方法，具体是一种中继协同异构蜂窝网 络D2D(Device-t〇-Device)通信资源分配方法。
技术介绍
为了满足急剧增加的多媒体设备和服务对频谱资源和数据速率的需求，无线网络 朝着异构网络开始演进。随着移动通信的快速发展，多媒体设备和服务的急剧增加使得小 区基站移动流量负载指数型上升，不仅使得移动网络变得拥堵，同时也会加剧设备的能耗。 现实中频谱资源有限，设备能耗受限，如何有效地增加频谱利用率、减少能耗将是一个研究 重点。 传统的蜂窝通信模式已经很难有效地解决上述问题，所WD2D通信技术的概念于 2009年被引入到LTE网络中。D2D通信通过建立不经过基站的直接传输链路，能够有效地 缓解基站的移动流量负载，减少移动网络的能量消耗。通过让D2D通信用户复用蜂窝用户 的频谱资源，利用D2D短距离通信优势，能够有效地提升系统吞吐量、频谱效率等性能。然 而，其引入的干扰问题是无线系统首要解决的问题。功率控制是实现异构蜂窝网络中频谱 资源共享的一种关键技术，通过合理地控制蜂窝用户和D2D用户的功率，使得当D2D通信接 入蜂窝用户授权频段时，D2D通信和蜂窝通信对彼此产生的干扰可W不影响对方的正常通 信。 此外，在小区边缘引入中继节点，可W有效地缓解小区边缘用户与基站通信难的 问题，又可W缓解基站的负载。随着中继技术的发展，并且越来越广泛地应用于当前网络， 能够显著地减少设备功耗、提高小区覆盖范围、增加传输速率等。 传统的异构蜂窝网络中对D2D通信采取的资源分配方法，大部分是建立在只保证 单一蜂窝用户服务质量（QualityofService,Qo巧或者D2D通信QoS的前提上，来最大化 D2D通信的总速率或者频谱复用率等目标，此时D2D通信需要始终保持最大发送功率传输 数据。显然，该样子无法同时保证蜂窝用户和D2D用户的QoS,也不满足绿色通信的要求。 还有些传统的蜂窝网络只考虑了一对D2D通信和一个蜂窝用户共享频谱资源的 情况。然而，在实际环境中，蜂窝用户的个数远远高于D2D用户，如果一对D2D通信只能复 用一个蜂窝用户的频谱资源，显然会造成频谱资源的浪费。 而且，很少有蜂窝网络满足同时包含蜂窝用户、D2D用户、基站和中继该样一个多 层异构网络模型。
技术实现思路
本专利技术针对一个基站、固定中继、蜂窝用户和D2D用户共存的上行异构蜂窝网络 模型，提出了一种基于最优功率分配和蜂窝用户通信模式（基站通信模式或者中继协同模 式）选择的资源分配方法。本专利技术允许单个D2D对复用多个蜂窝用户的频谱资源，基于已 分配的频谱资源上，保证蜂窝用户和D2D用户单频段上最小可达速率需求的同时，为充分 利用D2D短距离通信的优势，使得D2D用户在所有复用的频谱资源上满足一个总可达速率 阔值需求，通过联合分配D2D用户在各个频段上可达速率目标和蜂窝用户通信模式选择来 最优化整个系统的总功耗。本专利技术能够同时优化蜂窝用户和D2D用户的发送功率、D2D用 户在每个频段上的最优可达速率目标W及确定系统中每个蜂窝用户的通信模式。相比于传 统的资源分配方法，本方法能够在保证蜂窝用户和D2D用户可达速率的同时节约系统的总 功耗，更能符合绿色通信的要求。 本专利技术是通过W下技术方案实现的。 根据本专利技术提供的一种中继协同异构蜂窝网络D2D通信资源分配方法，包括如下 步骤： 步骤1 ;获取其中K苗：：；：：,表示当蜂窝用户n采取通信模式Q(n)时，D2D通信 在频段n上所能达到的最大可达速率阔值；[001引步骤2 ;根据，判断D2D通信选取的频谱资源能否满足系统服务质量需求； 步骤3;联合分配蜂窝用户n采取通信模式Q(n)时D2D通信在频段n上分配到的 可达速率目标W及确定蜂窝用户n的通信模式Q(n); 步骤4 ;求系统总发送功率ptDtal。 优选地，所述步骤3具体包括如下子步骤： 步骤3. 1 ;初始化每个蜂窝用户的初始通信模式Q(n);步骤3. 2 ;初始化入1和入2,并定义权重函数WQ(n)，n;[001引步骤3. 3 ;确定蜂窝用户n在可达速率目标句下的通信模式Q(n);[001引步骤3. 4 ;循环求解可达速率阔值目标瑞W及蜂窝用户n的通信模式Q(n)。 所述为当蜂窝用户n采取Q(n)通信模式时，D2D通信在频段n上所能达到的 最大可达速率阔值，根据单频段上蜂窝通信和D2D通信最小可达速率阔值需求求得 表达式如下： 其中，蜂窝用户n即第n个蜂窝用户，频段n即第n个频段；n= 1，2,…，N，N表示 蜂窝用户总数；为巧55< 对应的SINR，-1 gd，分别表 示蜂窝用户n采用通信模式Q(n)下蜂窝链路信道增益、D2D链路信道增益、蜂窝用户n到D2D通信接收端的链路信道增益、D2D发送端到蜂窝用户n接收端的链路信道增益；Q(n)= U，2}，Q(n) =l、Q(n) =2分别表示蜂窝用户n采用基站通信模式、中继协同模式，并假设 蜂窝用户n使用频段n; 芳;:。为当蜂窝用户n采用通信模式Q(n)时，D2D通信在频段n上 的最小可达速率阔值馬;X，.对应的SINR，且蜂窝用户n采用中继协同模式时D2D通信在频 段n上的最小可达速率阔值巧兰°是蜂窝用户n采用基站通信模式时D2D通信在频段n上的 最小可达速率阔值巧r的两倍，巧r=2巧7。 优选地，所述在步骤2中，根据判断D2D通信选取的频谱资源能否满足系统 服务质量需求的判断准则表达式如下：若满足上式，则表明满足服务质量需求；其中，巧表示D2D通信在频段n上的最 小可达速率阔值，iS'iM表示D2D通信在所有复用的N个频段上最大能达到的总可达速率， 表示D2D通信在所有复用的N个频段上总可达速率阔值；表示在不同蜂窝通信 模式Q(n)下选取括号内最大的值。 优选地，所述步骤3. 1中初始化每个蜂窝用户的初始通信模式Q(n)满足如下准 则；[002引所述步骤3.2中初始化入1和A2满足如下准则：巧(/0<请/，巧化）> 巧;/。其 中，Ai、^2分别为所选取的一个较小的、一个较大的拉格朗日乘子；R(入）表示在A值下，D2D通信在所有N个频段上分配的总可达速率为定义的权重函数，j巧为D2D通信在频段n上基于蜂窝用户n采取蜂窝通信模式Q(n)时分配到的可达速率目标，是关于拉格朗日乘子A的变量，的表达式为；其中，[003引 吃i：；：。:表示蜂窝用户n采用通信模式Q(n)在频段n上的最小SINR阔值，上 标-1表示-1次方，N。表示系统噪声；r心>.,，（乂）为蜂窝用户n采用蜂窝通信模式Q(n) 下，D2D通信分配到的频段n上的SINR目标，是关于拉格朗日乘子A的变量，且需满足； 冶。)." (乂）含;其中，为020通信在频段n上的最小可达速率阔值皆^^对应的SINR 值；巧咖，巧U分别为相应冶心)和Q(n)下，频段n上蜂窝用户n、D20用户的最优发送 功率，巧(4?，每》),?的表达式为： 所述步骤3. 3中蜂窝用户n在可达速率阔值K(1)下的通信模式Q(n)的确定 准则为：[003引即蜂窝用户n在相应值下选取使Wgw,。值最低的通信模式Q(n)，其中 所述步骤3. 4中可达速率阔值目标W及蜂窝用户n的通信模式Q(n)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种中继协同异构蜂窝网络D2D通信资源分配方法，其特征在于，包括如下具体步骤：步骤1：获取其中表示当蜂窝用户n采取通信模式Q(n)时，D2D通信在频段n上所能达到的最大可达速率阈值；其中，蜂窝用户n即第n个蜂窝用户，频段n即第n个频段；n＝1,2,…,N，N表示蜂窝用户总数；步骤2：根据判断D2D通信选取的频谱资源能否满足系统服务质量需求；步骤3：联合分配蜂窝用户n采取通信模式Q(n)时D2D通信在频段n上分配到的可达速率目标以及确定蜂窝用户n的通信模式Q(n)；步骤4：求系统总发送功率Ptotal。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑东，何晨，蒋铃鸽，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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