基于蜂窝网络的D2D通信系统联合资源的分配方法，属于无线通信技术领域。在基于蜂窝网络的D2D通信系统中，D2D用户可重用蜂窝用户(CU)的资源块实现不通过基站的直接通信。该资源分配方法不但在限制干扰条件下将D2D用户和蜂窝用户的功率分配与资源块分配进行联合优化，达到能效高的目的，且同时考虑了蜂窝用户的QoS要求，平衡了蜂窝用户的QoS需求与不断提高的D2D系统和速率，填补了基于蜂窝网络的D2D通信系统中在限制干扰条件下进行资源分配且保证QoS要求的空白。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于蜂窝网络的D2D通信系统联合资源的分配方法，属于无线通信
技术介绍
在2007年世界无线通信会议上为移动通信系统分配的带宽不到600MHz，同时，5GHz以下的带宽分配已经十分拥挤，预计到2020年，无线通信的带宽需求将在1200MHz到1700MHz之间，分配的带宽资源已满足不了无线通信发展的需求。为减小带宽供给和带宽需求之间的差异，更加有效地利用分配的带宽就变得十分重要。与此同时，大量的工作正推动着下一代无线通信系统的演进，如LTE-A和WiMAX。未来无线蜂窝网络具备高速率、大容量以及更高的QoS。LTE的Release8版本正在进行的时候，3GPP提出了LTE-Advanced的课题研究申请，各种前沿技术应运而生。D2D通信在2012年底被3GPP正式立项并展开研究。D2D(Device-to-Device)通信是一种在系统的控制下，允许终端之间通过复用小区资源直接进行通信的新型技术，它能够增加蜂窝通信系统频谱效率，降低终端发射功率，在一定程度上解决无线通信系统频谱资源匮乏的问题。如今，随着4G技术标准的逐步完善，5G技术已经进入了人们的视线，D2D技术与大规模MIMO、超密集部署、灵活双工等一并确定为IMT-2020研究的关键技术。D2D技术可以通过复用小区频谱资源的方式提高频谱利用率，有效降低基站负荷，由于其可以在无网络基础设施的情况下通信，无疑保证了网络的QoS及鲁棒性。r>最近，文献中报道了许多与D2D资源分配有关的工作，这些工作都致力于提高D2D系统的能效性，而未考虑蜂窝用户的QoS需求。有一部分工作考虑了蜂窝用户的QoS需求，但并未实现在限制干扰条件下，D2D用户功率、蜂窝用户功率及资源块分配的联合优化。“DownlinkResourceReuseforDevice-to-DeviceCommunicationsUnderlayingCellularNetworks”(基于蜂窝网络的D2D通信中的资源重用)【IEEESIGNALPROCESSINGLETTERS,VOL.21,NO.5,MAY2014】一文中讨论了含D2D通信的蜂窝网络中的资源重用问题，同时保证了蜂窝用户的QoS需求，但并未考虑干扰限制。目前，查阅到的资料中，仍然没有基于蜂窝网络的D2D通信系统中在限制干扰条件下进行联合资源分配且保证QoS要求的先例。
技术实现思路
为了弥补现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种基于蜂窝网络的D2D通信系统联合资源的分配方法，保证了蜂窝用户的QoS要求，并且限制了蜂窝用户对D2D用户的干扰。此举不但能够最大化地利用授权频谱从而增强无线网络的表现性能，而且能够满足系统的服务质量需求。本专利技术的技术方案如下：一种基于蜂窝网络的D2D通信系统联合资源的分配方法，由基于蜂窝网络的D2D通信系统来实现：该系统包括蜂窝系统和D2D系统两部分，蜂窝系统包括基站BS和C个蜂窝用户；D2D系统包括L对D2D用户，第l对D2D用户含有一个D2D发射端TXl和D2D接收端RXl，其中l∈{1,2，...,L本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于蜂窝网络的D2D通信系统联合资源的分配方法，由基于蜂窝网络的D2D通信系统来实现：该系统包括蜂窝系统和D2D系统两部分，蜂窝系统包括基站BS和C个蜂窝用户；D2D系统包括L对D2D用户，第l对D2D用户含有一个D2D发射端TXl和D2D接收端RXl，其中l∈{1,2，...,L}，设基于蜂窝网络的D2D通信系统共有C个资源块，每个蜂窝用户占有一个对应的资源块，且每个资源块最多被一对D2D用户重用，设符号yl,c∈{0,1}表示资源块重用因子，即当D2D用户对l重用第c个资源块时，yl,c＝1；当D2D用户对l没有重用第c个资源块时，yl,c＝0；则其中c∈Λ表示第c个蜂窝用户及其占用的资源块，集合Λ＝{1,2，...,C}，为了方便，对第c个资源块，我们用Ωc表示重用该资源块的D2D用户对的集合，即Ωc＝{l|yl,c＝1},c∈Λ，设hc，hl,c分别表示基站到第c个蜂窝用户、D2D用户对l重用第c个资源块的传输信道功率增益；gc,l和gl,c分别表示在第c个资源块上基站到D2D接收端RXl、D2D发射端TXl到第c个蜂窝用户的干扰信道功率增益，该方法的具体步骤如下：1)计算D2D用户对l的传输速率rl=Σc=1Cyl,clog2(1+Pl,chl,cIp)---(1)]]>其中，Pl,c为D2D用户对l重用第c个资源块时的发射功率；Ip为D2D用户对l重用第c个资源块时受到的干扰噪声和的最大值，设为常量，则可得到σ2+gc,lPc≤IP,c∈Λ,l∈Ωc，其中，σ2为信道噪声，Pc为基站到第c个蜂窝用户的发射功率；2)计算蜂窝用户的QoS要求在整个系统中，蜂窝用户具有更高的优先级，所以必须保证蜂窝用户的QoS，基站到第c个蜂窝用户发射速率为：rc=log2(1+Pchcσ2+Σl=1Lyl,cgl,cPl,c)---(2)]]>为保证正常的蜂窝通信，设定常量Rc，使蜂窝通信的传输速率不低于该值，即：log2(1+Pchcσ2+Σl=1Lyl,cgl,cPl,c)≥Rc,c∈Λ---(3)]]>将(3)式进行化简，得到：Σl=1Lyl,cgl,cPl,c+σ2≤hcαcPc,c∈Λ,]]>其中αc=2Rc-1---(4)]]>3)确定优化问题以最大化D2D系统和速率为目标函数，资源块分配规则、蜂窝用户的QoS要求、D2D用户受到的干扰噪声和为约束条件，构造如下优化问题：maximizeyl,c,Pl,c,Pc:Σl=1LΣc=1Cyl,clog2(1+Pl,chl,cIp)]]>subject to:Σl=1Lyl,c≤1,c∈Λ---(5)]]>Σl=1Lyl,cgl,cPl,c+σ2≤hcαcPc,c∈Λ]]>σ2+gc,lPc≤IP,c∈Λ,l∈Ωc(5)式中的subject to符号及其后面的式子表示为约束式，subject to表示为约束符号，符号maximize表示求最大值符号，maximize符号下的变量yl,c,Pl,c,Pc为优化变量，(5)式表示在约束式中对资源块分配规则、蜂窝用户的QoS要求、D2D用户受到的干扰噪声和进行限制的条件下，求解目标函数即符号maximize后的部分的最大值，该最大化问题为非凸问题；4)将优化问题转化为凸问题引入变量Sl,c＝yl,cPl,c，将yl,c∈{0,1}的条件松弛为yl,c∈[0,1]，用变量Sl,c替换式(5)中的变量Pl,c，则得到：maximizeyl,c,Sl,c,Pc:Σl=1LΣc=1Cyl,clog2(1+Sl,chl,cyl,cIp)]]>subject to:Σl=1Lyl,c≤1,c∈Λ---(6)]]>Σl=1LSl,cgl,c+σ2≤hcαcPc,c∈Λ]]>σ2+gc,lPc≤IP,c∈Λ,l∈Ωc可以看出，式(6)中的优化变量变为yl,c,Sl,c,Pc，该最大化问题在下面的描述中也称为原问题；5)求解优化问题经验证，上述优化问题为凸问题，因此上述优化问题存在唯一的最优解，利用拉格朗日对偶理论，可以建立起原最大化问题即原问题与一个最小化问题即对偶问题之间的关联关系，我们研究的原问题具有强对偶性，因此可以通过求解对偶问题而得到原问题的最优值，原问题的拉...
【技术特征摘要】
1.一种基于蜂窝网络的D2D通信系统联合资源的分配方法，由基于蜂窝网络的D2D
通信系统来实现：该系统包括蜂窝系统和D2D系统两部分，蜂窝系统包括基站...
【专利技术属性】
技术研发人员：马丕明，李孟琪，马艳波，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。