一种基于比例公平算法的启发式D2D资源分配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种基于比例公平算法的启发式D2D资源分配方法，包括以下步骤：计算N个D2D对复用不同蜂窝用户信道时的优先级；在保证蜂窝用户与D2D对的信干噪比阈值约束条件下，根据在不同资源块上不同D2D对优先级从高到低的顺序进行排序，调度器按照排序后的顺序为每一个资源块选择一个D2D对，并且判断D2D对的数据速率需求是否满足；如果满足，则降低该D2D对的优先级，优先为速率需求未满足的D2D对分配资源块。本发明专利技术能够既保证D2D对的数据速率需求，又兼顾公平性与系统性能。

A heuristic D2D resource allocation method based on proportional fairness algorithm

The invention relates to a D2D heuristic resource allocation method based on proportional fairness algorithm, which comprises the following steps: Calculation of N D2D on different channel when multiplexing cellular user priority; in ensuring the SNR threshold constraints of cellular users and D2D on the signal, according to the different resources in different blocks of D2D from high priority to lower the order, the scheduler according to the order sequence for each resource block selection of a D2D, and determine whether the data rate requirement of D2D to meet; if satisfied, decreased the D2D of priority, priority for the rate of unmet needs of D2D resource allocation block. The invention can not only ensure the data rate requirement of D2D, but also take into account fairness and system performance.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信
中蜂窝网络下的用户资源分配技术，特别是涉及一种基于比例公平算法的启发式D2D资源分配方法。
技术介绍
随着移动通信系统的不断演进，如LTE-Advanced及WiMAX(802.16)等，对于带宽的需求逐渐增加，无线频谱资源日趋紧缺，商用移动通信的频段逐步向高频发展，可用带宽虽然变多，但是高频同样会带来许多问题，如空间损耗及路径损耗变大，绕射能力较低，覆盖范围相对较小等。据工信部相关资料显示，共有162MHz的频谱用于2G系统，335MHz的频谱用于3G系统，而TD-LTE系统则占用了210MHz。到2020年，中国城区国际移动通信(IMT,InternationalMobileTelecommunication)的频谱需求为1864MHz，而用于IMT的频谱缺口为1177MHz。此外，随着移动终端设备(如智能手机、平板电脑、掌上电脑等)的迅速普及，多媒体业务需求日益多样化，如视频点播、网络游戏、P2P文件共享等，对于数据传输速率需求更高，现有传统蜂窝网络技术已难以满足日益增长的带宽需求，引入D2D技术，可以有效缓解带宽供给与带宽需求之间的差异。为了提高频谱利用效率，2008年高通公司首次提出D2D通信技术，它是一种在通信系统的控制下，允许LTE终端之间利用小区资源直接进行通信的新技术。近来，诺基亚、爱立信、华为等也一直致力于此项技术的研究。相比于蓝牙(短距离时分双工通信)，D2D无需繁琐的匹配，且传输速度更快，相比于Wi-FiDirect，D2D有着更快的传输速度和更远的传输距离。此外，D2D工作在授权频段，干扰环境是可控的，有更好的QoS保证，同时D2D更加灵活，既可以在基站控制下进行连接及资源分配，也可以在无网络基础设施的时候进行信息交互。不少文献重点研究了如何提升网络吞吐量、频谱利用效率以及如何保证D2D通信的可靠性。FengD，LuL，YiYW等人研究多个蜂窝用户、多个D2D对场景，目标函数为最大化网络吞吐量，以蜂窝用户和D2D对的QoS为约束条件。从D2D对是否可以接入蜂窝网络、最优功率控制等方面进行分析，将问题描述为最大权重双边匹配问题，采用Kuhn-Munkres算法解决。DaiZ，LiuJ，WangC等人提出一种基于频谱划分的D2D传输方案，同时权衡考虑不同D2D对的发射功率，仿真表明，在保证用户服务质量的基础上，该方案可以提升频谱利用效率。MinH，SeoW，LeeJ等人针对如何提升D2D通信的可靠性提出了一种新型的干扰管理方案，根据接收信号处理方法的不同，可以分为三种接收模式，作者建议根据用户的中断概率要求选择不同的接收模式，可以有效提升D2D通信的可靠性。以上资源分配方案均表现出良好的性能，可以在一定程度上提升网络吞吐量，解决带宽不足的问题。然而对于一个实际的应用场景而言，不同D2D对有着不同的数据速率需求，以上资源分配方案的性能会因用户数据速率需求不同而受到影响，数据速率需求较低的D2D对可能会因分配过多信道导致频谱资源浪费，数据速率需求较高的D2D对可能会因信道分配不足导致基本服务需求无法保证。BiweiChen，ZhengJ，ZhangY等人提出了一种基于用户服务需求的D2D资源分配方案，根据用户需求估计每一个D2D对需要分配的信道数目，在满足基本服务需求的基础上，尽可能地提升系统吞吐量。但是，由于一个蜂窝用户信道仅能被一个D2D对复用，导致接入网络的D2D对数目受到限制，同时用户服务需求发生变化时，资源分配方案能否保持良好性能也未可知。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于比例公平算法的启发式D2D资源分配方法，能够既保证D2D对的数据速率需求，又兼顾公平性与系统性能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于比例公平算法的启发式D2D资源分配方法，包括以下步骤：(1)计算N个D2D对复用不同蜂窝用户信道时的优先级；(2)在保证蜂窝用户与D2D对的信干噪比阈值约束条件下，根据在不同资源块上不同D2D对优先级从高到低的顺序进行排序，调度器按照排序后的顺序为每一个资源块选择一个D2D对，并且判断D2D对的数据速率需求是否满足；如果满足，则降低该D2D对的优先级，优先为速率需求未满足的D2D对分配资源块。所述步骤(1)中采用计算N个D2D对复用不同蜂窝用户信道时的优先级，其中，Pi,j[n+1]表示第n+1个时隙第j个D2D对在第i个资源块上的调度优先级，Ri,j[n+1]为第n+1个时隙第j个D2D对与第i个蜂窝用户共享信道时的数据速率，表示第n+1个时隙第j个D2D对的累积平均吞吐量。所述步骤(2)后还包括当所有D2D对数据速率需求都已满足并且有剩余资源块时，重新计算D2D对的优先级，然后根据优先级逐一调度的步骤。重新计算D2D对的优先级时先采用计算累积平均吞吐量，并根据得到的累积平均吞吐量重新计算D2D对的优先级，其中，Ii,j[n+1]表示第n+1个时隙第j个D2D对在第i个资源块上是否能够得到调度的指示参数，k为常数。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术根据D2D对优先级从高到低的顺序逐一调度，同时对于数据速率需求已经满足的D2D对，降低其优先级，禁止与其它数据速率需求未满足D2D对竞争资源块，保证信道状态较差的D2D对获得被调度机会。当所有D2D对数据速率需求都已满足时，调整用户优先级，在最大化系统吞吐量与保证用户被调度的公平性之间折中。如此既保证了D2D对的数据速率需求，又兼顾了公平性与系统性能。附图说明图1是D2D对复用蜂窝用户上行链路资源的网络模型图；图2是本专利技术实施例中第2000个时隙D2D对资源分配结果图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。如图1所示，在单个小区环境下，存在一个基站、M个蜂窝用户、N个D2D对，所有用户在小区中均匀分布，假设所有D2D对已完成设备发现、配对过程，基站可以检测所有D2D对的相关信道状态信息(CSI)。LTE系统中，系统带宽被划分为大小相等的资源块，每一个资源块(以下简称“RB”)在时间上占据一个时隙(0.5ms)，在频域上占据180kHz。为了保证多址接入，蜂窝网络采用正交频分复用(OFDM)系统，蜂窝用户使用正交信道，D2D对可以与蜂窝用户复用信道，以提升频谱利用效率。对于蜂窝链路、D2D链路，采用基于距离的路径损耗与阴影衰落信道传输模型，网络中存在以下两种类型的通信：1)蜂窝用户与基站之间的通信；2)D2D发射端与接收端之间的通信。因为蜂窝用户是主用户，蜂窝用户数目多于D2D对数目，传统资源分配方案一个D2D对只能与一个蜂窝用户共享信道，这样会造成频谱资源的浪费，为了保证频谱利用效率以及D2D对的数据速率需求，允许一个D2D对与多个蜂窝用户共享无线信道。假设D2D对复用蜂窝用户上行链路资源，网络中存在以下两种类型的干扰：一是D2D发射端对基站的干扰，二是蜂窝用户对D2D接收端的干扰，这里只考虑单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于比例公平算法的启发式D2D资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)计算N个D2D对复用不同蜂窝用户信道时的优先级；(2)在保证蜂窝用户与D2D对的信干噪比阈值约束条件下，根据在不同资源块上不同D2D对优先级从高到低的顺序进行排序，调度器按照排序后的顺序为每一个资源块选择一个D2D对，并且判断D2D对的数据速率需求是否满足；如果满足，则降低该D2D对的优先级，优先为速率需求未满足的D2D对分配资源块。

【技术特征摘要】
1.一种基于比例公平算法的启发式D2D资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)计算N个D2D对复用不同蜂窝用户信道时的优先级；(2)在保证蜂窝用户与D2D对的信干噪比阈值约束条件下，根据在不同资源块上不同D2D对优先级从高到低的顺序进行排序，调度器按照排序后的顺序为每一个资源块选择一个D2D对，并且判断D2D对的数据速率需求是否满足；如果满足，则降低该D2D对的优先级，优先为速率需求未满足的D2D对分配资源块。2.根据权利要求1所述的基于比例公平算法的启发式D2D资源分配方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用计算N个D2D对复用不同蜂窝用户信道时的优先级，其中，Pi,j[n+1]表示第n+1个时隙第j个D2D对在第i个资源块上的调度优...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊涛，李慧，卜智勇，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31