一种面向容量的D2D多播资源分配方法组成比例

一种面向容量的D2D多播资源分配方法，用于单基站系统下的D2D底层多播通信的资源分配，目标是系统容量最大化，同时保证CU和D2D用户的服务质量，以此建立目标函数，目标函数为非平衡指派问题，对原始二分图进行变换，使其转化为均衡的指派问题，再利用匈牙利算法进行求解得到最右资源分配方案。本发明专利技术方案中单个D2D多播组可复用多个CU链路资源，从而使得吞吐量和频谱效率得到极大的提升，此外，将非均衡指派问题转化为均衡指派问题，有效保障了D2D多播组之间的公平性。

A capacity oriented D2D multicast resource allocation method

Resource allocation method for multicast capacity for single base station D2D system under the D2D layer multicast communication resource allocation. The goal is to maximize the system capacity of CU and D2D, while ensuring the quality of service of users, in order to establish the objective function, the objective function is non balance assignment problem, to transform the original two map, make it into the equilibrium assignment problem, and then use the Hungarian algorithm to solve the right resource allocation scheme. The scheme of the invention, a single D2D multicast group can reuse multiple CU link resource, which makes the throughput and spectral efficiency has been greatly improved, in addition, the non equilibrium assignment problem into equilibrium assignment problem, effective protection of the D2D multicast fairness between the groups.

【技术实现步骤摘要】
一种面向容量的D2D多播资源分配方法
本专利技术属于通信
，涉及D2D通信技术，为一种面向容量的D2D多播资源分配方法。
技术介绍
D2D(Device-to-Device)通信是一种在基站的控制下，允许终端之间通过复用小区资源直接通信的新型技术。它能够增加蜂窝通信系统频谱效率，降低终端发射功率，在一定程度上解决了无线通信系统频谱资源匮乏的问题。近年来，伴随多媒体技术在移动巡检、重大保电活动中日趋广泛的应用，在线用户数不断攀升，有限的频谱资源和传统的点对点传输形式满难以满足其日益增长的需求，复杂环境下的语音集群、视频调度联动等难题成为制约其发展的关键因素。调查发现90％以上的数据业务发生在人口密度较大的室内，而且大量用户同时使用相同类型的业务。因此多媒体广播/组播技术与D2D技术融合而成的D2D多播通信技术引起了人们的极大关注。多媒体广播多播MBMS技术是一种通过共享一条传输链路，从一个数据源向多个目标用户传送数据的技术。D2D技术是指邻近的终端可以在近距离范围内通过直连链路进行数据传输的方式，而不需要通过中心节点(即基站)进行转发。D2D多播技术是D2D发送方使用同一频带、同一时隙的直通链路向多个D2D接收方发送多播数据。它极大地提高了资源利用率，降低了网络负载，扩展了覆盖面积，满足了业务需求，广泛的应用于流行视频点播，天气预报，消费广告以及公共安全等业务场景。为了解现有技术的发展状况，对已有的论文和专利进行了检索、比较和分析，以下为与本专利技术相关的技术方案介绍：技术方案1：中国申请CN103167613A的《一种D2D传输列表信息发送方法和系统》，涉及一种D2D传输列表信息发送的方法，主要通过三步完成：第一，D2D设备向基站发送D2D传输列表信息授权请求；第二，基站根据D2D传输列表信息授权请求向D2D设备发送反馈信息；第三，D2D设备根据反馈信息发送或不发送D2D传输列表信息。该专利技术能够通过网络的控制来进行D2D传输列表信息的发送，并降低干扰、增加频谱资源利用率。技术方案1能够通过网络的控制来进行D2D传输列表信息的发送并降低干扰、增加频谱资源利用率，但此类方法的缺点是不能有效提高系统吞吐量。技术方案2：中国专利CN103297103A《一种多小区MIMO系统中能效优先的干扰对准方法》，涉及一种多小区MIMO系统中能效优先的干扰对准方法，主要通过三步完成：第一，利用中心式干扰对准算法把接收端来自其他小区的干扰对准到同一个空间并彻底消除，从而得到发射、接收波束成形矩阵的解析解；第二，根据能效最优准则，从上一步骤中得到的解析解中选取一组在给定各个用户数据率需求下，使得系统能量效率最优的发射、接收波束成形矩阵；第三，把该最优的发射、接收波束成形矩阵代入到能量效率的表达式中，在满足各个用户的数据率需求下，以最大化系统的能量效率为目标，通过二分搜索得到最佳的功率分配。该专利技术以最大化系统的能量效率为目标，但其对于频谱资源利用率的提升并不明显。技术方案3：中国专利CN103209412A《建立设备到设备连接的方法、设备和系统》，涉及一种建立设备到设备连接的方法，主要通过三步完成：第一，D2D通信中的第一设备向其所属的MME发起D2D认证请求，触发MME对所述第一设备进行认证；第二，第一设备接收MME通过eNB传递的认证响应消息，根据认证响应消息开启D2D监听和广播功能；第三，当第一设备监听到D2D通信中的第二设备，第一设备向eNB发送连接建立请求消息，触发eNB在第一设备和第二设备间建立D2D的通信链路。该专利技术使网络能够得到有效的控制，进一步能够消除因D2D通信给UE带来的干扰。技术方案3采用一种建立设备到设备连接的方法、设备和系统，设备到设备D2D通信中的第一设备向其所属的移动管理实体MME发起D2D认证请求，触发所述MME对所述第一设备进行认证，所述第一设备接收所述MME通过所述第一设备所属的演进型基站eNB传递的认证响应消息，根据所认证响应消息开启D2D监听和广播功能，当所述第一设备监听到所述D2D通信中的第二设备，所述第一设备向所述eNB发送连接建立请求消息，触发所述eNB在所述第一设备和所述第二设备间建立D2D的通信链路，使两个设备之间的D2D连接得到了网络的控制，从而运营商能够有效的对D2D通信进行控制、管理或计费等功能，同时与现有技术相比，建立D2D连接后，因网络能够得到有效的控制，进一步能够消除因D2D通信给UE带来的干扰，但此类方法的缺点是不能有效提高系统吞吐量和频谱利用率。技术方案4：中国专利CN102821391A《基于距离比的D2D链路频谱分配方法》，涉及一种基于距离比的D2D链路频谱分配方法，主要通过三步完成：第一，在一个小区内选择一条利用小区上行链路进行通信的D2D链路；第二，选择该小区内符合距离比条件的基站用户，并将该基站用户的频谱资源与D2D链路进行共享；第三，如果不能共用频谱，再为该D2D链路单独划分频谱。该专利技术解决了D2D系统中的干扰问题，从而获得容量提升，保证可靠D2D通信。技术方案4采用一种基于距离比的D2D链路频谱分配方法，属于无线通信
在一个小区内选择一条利用小区上行链路进行通信的D2D链路，首先选择该小区内符合距离比条件的基站用户，并将该基站用户的频谱资源与D2D链路进行共享；如果不能共用频谱，再为该D2D链路单独划分频谱。通过以上方法，解决了D2D系统中的干扰问题，从而获得容量提升，保证可靠D2D通信，但此类方法的缺点是不能有效提高频谱利用率。技术方案5：中国申请CN103457690A《探测参考信号的传输方法、装置及系统和用户设备》，涉及一种探测参考信号(SRS)的传输方法，主要通两步完成：第一，网络侧节点向用户设备发送SRS配置信息集；第二，第一SRS在蜂窝通信上行链路传输，用于蜂窝通信时上行链路的信道测量，第二SRS在设备到设备(D2D)通信链路传输，用于D2D通信时D2D链路的信道测量。该专利技术解决了相关技术中在蜂窝通信系统中引入D2D通信时参考信号的配置及传输的问题，实现了D2D通信与蜂窝通信的兼容。但此类方法的缺点是系统吞吐量和频谱利用率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于研究面向容量的D2D多播资源分配机制，最大化系统吞吐量同时保障蜂窝用户CU和D2D通信质量以及D2D之间的公平性。本专利技术的技术方案为：一种面向容量的D2D多播资源分配方法，小区内有M个蜂窝用户CU，各蜂窝用户用Ci来表示，i＝{1,2,…,M}，近距离密集用户组成N个D2D多播组，即D2D簇Dj，j＝{1,2,…,N}，每个D2D多播组内有一个发射端和X个接收者，M>N，且每个D2D接收者只属于一个多播组，定义一个M×N的矩阵Π＝[ζi,j]M×N用来表示D2D簇的资源分配情况，其中ζi,j是二进制变量，用来代表第i个蜂窝用户是否被第j个D2D簇复用，如果ζi,j＝1表示第j个D2D簇可复用第i个蜂窝用户，否则ζi,j＝0，为使系统容量最大化，并同时保证蜂窝用户CU和D2D用户的服务质量，目标函数为：式(7)为目标函数，式(7a)(7b)(7c)(7d)为约束条件，其中，D表示所有D2D簇的集合，C表示所有蜂窝用户的集合，Ri,j为系统的吞吐量，代表第i个CU本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向容量的D2D多播资源分配方法，其特征是小区内有M个蜂窝用户CU，各蜂窝用户用Ci来表示，i＝{1,2,…,M}，近距离密集用户组成N个D2D多播组，即D2D簇Dj，j＝{1,2,…,N}，每个D2D多播组内有一个发射端和X个接收者，M>N，且每个D2D接收者只属于一个多播组，定义一个M×N的矩阵Π＝[ζi,j]M×N用来表示D2D簇的资源分配情况，其中ζi,j是二进制变量，用来代表第i个蜂窝用户是否被第j个D2D簇复用，如果ζi,j＝1表示第j个D2D簇可复用第i个蜂窝用户，否则ζi,j＝0，为使系统容量最大化，并同时保证蜂窝用户CU和D2D用户的服务质量，目标函数为：

【技术特征摘要】
1.一种面向容量的D2D多播资源分配方法，其特征是小区内有M个蜂窝用户CU，各蜂窝用户用Ci来表示，i＝{1,2,…,M}，近距离密集用户组成N个D2D多播组，即D2D簇Dj，j＝{1,2,…,N}，每个D2D多播组内有一个发射端和X个接收者，M>N，且每个D2D接收者只属于一个多播组，定义一个M×N的矩阵Π＝[ζi,j]M×N用来表示D2D簇的资源分配情况，其中ζi,j是二进制变量，用来代表第i个蜂窝用户是否被第j个D2D簇复用，如果ζi,j＝1表示第j个D2D簇可复用第i个蜂窝用户，否则ζi,j＝0，为使系统容量最大化，并同时保证蜂窝用户CU和D2D用户的服务质量，目标函数为：式(7)为目标函数，式(7a)(7b)(7c)(7d)为约束条件，其中，D表示所有D2D簇的集合，C表示所有蜂窝用户的集合，Ri,j为系统的吞吐量，代表第i个CU用户与第j个D2D簇资源共享时CU用户的发射功率，表示其中最大的发射功率；代表第j个D2D簇与第i个CU用户资源共享时D2D簇的发射功率，表示其中最大的发射功率；是用来计算Ri,j的一个参量；ΓD,j代表D2D簇最小信噪比要求；ΓC,i代表蜂窝用户的最小信噪比要求，△Ri,j表示第fi个信道复用后吞吐量的增加量，为未被资源复用的CU用户的吞吐量，为第j个D2D簇与第i个CU用户资源共享时蜂窝用户的信道质量，为第j个D2D簇与第i个CU用户资源共享时D2D簇的信道质量，上述目标函数为非平衡指派问题，将其变成求一个二分图中最大匹配的问题，所述二分图的构建为：构建二分图G，用D2D簇的集合D和蜂窝用户的集...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆忞，韦磊，郭少勇，李秋生，郦竞伟，严东，葛平，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司南京供电公司，国网江苏省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32