异构C-RAN网络及该网络下的D2D通信模式选择与资源调度联合优化方法技术

异构C-RAN网络及该网络下的D2D通信模式选择与资源调度联合优化方法，属于D2D通信网络资源分配领域。为解决D2D通信网络模式选择过程中用户之间的公平性问题，满足D2D用户对网络公平性的要求。可实现D2D通信模式选择的异构C-RAN网络构建了共存的多层网络，D2D网络有蜂窝、专用和复用三种模式可供选择。在所述网络下的基于用户公平性的D2D通信模式选择与资源调度联合优化方法根据网络负载情况不同状态，轻度负载，中度负载和重度负载三种情况，给出了相应的模式选择和资源调度，保证D2D用户和蜂窝用户最小信干噪比以及D2D用户之间公平性情况下，最大化系统总的吞吐量。适用于D2D通信网络模式选择和资源调度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种考虑用户公平性的异构C-RAN网络及该网络下的D2D通信模式选择与资源调度联合优化方法，属于D2D通信网络资源分配领域。
技术介绍
随着移动多媒体用户数量的巨大增长，4G蜂窝技术已经满足不了移动用户对数据流量的巨大需求。有限的频谱资源和剧增的数据流量已成为制约通信网络的主要问题。D2D通信为解决这一问题提供了一个有效的解决途径。由于D2D通信是设备与设备之间近场的直接通信，而不需要经过基站转发，所以D2D通信具有很多优点。首先，由于D2D通信时短距离直接通信，所以D2D用户可以享受高的数据传输速率和低的传输时延；其次，D2D提高了频谱利用率和能量效率；同时，D2D通信还能够减轻网络终端之间的拥挤和减少网络负载量。模式选择在D2D通信中非常重要，它决定了两个D2D用户之间是否需要建立直接的D2D通信，并且建立通信后D2D用户是否需要和蜂窝用户复用相同的频谱资源或者是使用专用的频谱资源。目前研究较多的D2D通信的模式选择通常是限制在单个小区内的D2D通信，且以系统吞吐量是否最大化为模式选择的判断标准，这种方法忽略了整个D2D通信网络中用户之间的公平性，并不适用。任何时刻，用户的模式选择应该基于当前用户的瞬时速率和用户之间的公平性，如果调度者一直选择具有高速率的用户传递信息，那么低信噪比的用户对于数据流量的需求就会得不到满足。因此，针对D2D用户通信时的公平性问题，考虑到网络实际的负载情况，本专利技术专>利提出了一种低复杂度的基于D2D用户公平性的联合模式选择和资源调度算法。在最大化系统总吞吐量的同时，确保D2D用户之间的公平性以及D2D用户和蜂窝用户的信干噪比，从而确保了D2D用户和蜂窝用户的链路质量。
技术实现思路
本专利技术为了解决D2D通信网络模式选择过程中用户之间的公平性问题，满足D2D用户对网络公平性的要求，从而提供了一种可实现D2D通信模式选择的异构C-RAN网络及在该异构C-RAN网络下的基于用户公平性的D2D通信模式选择与资源调度联合优化方法。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案：图1是本专利技术提出的异构C-RAN网络中D2D通信模式选择网络架构。可实现D2D通信模式选择的异构C-RAN网络，C-RAN网络的架构包括将用户需求业务与接入网连接在一起的核心网1(CoreNetwork)、集中数字基带处理功能的基带单元池2(BBUpool)、多个用于数字-模拟变换后的射频收发的远端射频单元3(RRH)，其中所述基带单元池2与多个远端射频单元3通过光纤4(FiberLinks)连接；在所述C-RAN网络下构建共存的多层网络：D2D网络5、家庭基站6(Femtocell)、微微小区7(Picocell)和宏小区8(Macrocell)，形成异构C-RAN网络；其中D2D网络有三种通信模式可供选择，分别是蜂窝模式5-1(CellularMode)、专用模式5-2(DedicatedMode)和复用模式5-3(ReusedMode)，该异构C-RAN网络用于集中处理网络中的资源分配。D2D用户(D2Duser,DU)通信的模式主要有三种蜂窝模式8，专用模式9和复用模式10。图2为D2D通信中的蜂窝模式，该模式是指两个用户通信时通过传统的基站转发进行，这种模式下消耗的信道资源是最多的；图3为D2D通信中的专用模式，该模式是指两个DUs直接利用专用的不被蜂窝用户(cellularuser,CU)占用的信道资源进行通信，与蜂窝通信相比该模式占用较少的信道资源且由于短距离通信还提高了系统的能量效率；图4为D2D通信中的复用模式，该模式是指两个DUs直接建立链路进行通信不需经过基站转发，且通信过程中复用正在被蜂窝用户使用的频谱资源，该通信模式能够提高频谱利用效率，但是也带来了信道之间的干扰问题。在异构C-RAN网络下，D2D用户终端在建立通信之前必须从上述三种模式中选择一种通信模式进行通信。该过程可以描述为：首先D2D用户向RRH发送信号，请求与目的用户之间建立连接，BBU根据每个时隙内网络的负载情况以及用户之间的公平性利用资源分配算法给发送请求的D2D用户分配相关的资源，从而建立连接。这个过程动态决定了D2D链路是使用传统的蜂窝通信，还是专用的信道资源或者是复用蜂窝用户的资源，在保证D2D用户和蜂窝用户一定信噪比和D2D用户之间的公平性的情况下，能够提过系统总的频谱利用率。本专利技术所述的一种异构C-RAN网络下的基于用户公平性的D2D通信模式选择与资源调度联合优化方法，其流程图如图5所示，通过以下步骤实现：步骤一：用户DU1发送信号给RRH请求与用户DU2建立通信；步骤二：RRH将信息通过光纤传递给基带单元池2(BBUpool),基带单元池2判断DU1和DU2是否在D2D通信的最大距离内，如果两用户不在D2D通信距离内，转到步骤三；否则转到步骤四；步骤三：两用户之间建立传统的蜂窝通信，转到步骤十；步骤四：两用户之间建立D2D通信，转到步骤五；步骤五：基带单元池2获取当前网络的负载状态，如果网络中没有可用的空闲频谱，转到步骤六，否则转到步骤七；步骤六：网络处于重度负载状态，D2D用户只能选择复用通信模式，即D2D用户复用蜂窝用户正在使用的频段进行通信；步骤七：判断D2D对个数是否大于总的空闲频谱个数，若大于则转到步骤八，否则转到步骤九；步骤八：网络为中度负载状态，D2D用户需要在蜂窝模式、专用模式和复用模式三种模式之间以比例公平函数的大小作为评判标准进行模式选择；步骤九：网络为轻度负载状态，D2D用户以比例公平函数的大小作为评判标准只需在蜂窝模式和专用模式之间进行模式选择；步骤十：D2D模式选择结束；D2D通信模式选择的标准为用户k在第n个时隙比例公平函数，可通过下式获取：Qk(n)=rk(n)Rk(n-1),---(1)]]>其中rk(n)表示瞬时速率，Rk(n-1)表示用户在n时隙之前的平均传输速率。比例公平算法的目标是最大化效用函数∑ilogRi，这是比例公平的准则。最大化∑ilogRi可以通过最大化实现。系统瞬时信道增益可通过下式获取hk,m,n=Gβk,m,ndk,m,n-α---(2)]]>其中G表示路径损耗常数，α表示路径损耗因子，βk,m,n为信道衰落因子，dk,m,n为蜂窝用户m与D2D用户k之间的距离。由于本专利技术研究的D2D模式选择的评判标准是以各个时隙下D2D用户在每种模式工作下的比例公平函数作为标准，因此接下来分别讨论每种模式下D2D用户比例公平函数...

【技术保护点】
可实现D2D通信模式选择的异构C‑RAN网络，其特征在于：C‑RAN网络的架构包括将用户需求业务与接入网连接在一起的核心网(1)、集中数字基带处理功能的基带单元池(2)、多个用于数字‑模拟变换后的射频收发的远端射频单元(3)，其中所述基带单元池(2)与多个远端射频单元(3)通过光纤(4)连接；在所述C‑RAN网络下构建共存的多层网络：D2D网络(5)、家庭基站(6)、微微小区(7)和宏小区(8)，形成异构C‑RAN网络；其中D2D网络有三种通信模式可供选择，分别是蜂窝模式(5‑1)、专用模式(5‑2)和复用模式(5‑3)，该异构C‑RAN网络用于集中处理网络中的资源分配。

【技术特征摘要】
1.可实现D2D通信模式选择的异构C-RAN网络，其特征在于：C-RAN网络的架构包括将用
户需求业务与接入网连接在一起的核心网(1)、集中数字基带处理功能的基带单元池(2)、
多个用于数字-模拟变换后的射频收发的远端射频单元(3)，其中所述基带单元池(2)与多
个远端射频单元(3)通过光纤(4)连接；
在所述C-RAN网络下构建共存的多层网络：D2D网络(5)、家庭基站(6)、微微小...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐玉滨，李小帅，马琳，王孝，张文彬，刘宁庆，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23