一种基于D2D通信的NOMA异构网络的资源分配方法组成比例

本发明专利技术提供了一种用于基于D2D通信的NOMA异构无线通信网络的资源分配方法，方法包括：针对所述无线通信网络构建以系统吞吐量最大化为目标的资源分配模型，其中所述无线通信网络包括分布在基站周围的多个蜂窝用户以及多个D2D对，其中每一个子信道上允许多个蜂窝用户和一个D2D对，所述多个蜂窝用户间采用NOMA进行传输；使用聚类算法基于信道相关性对所述多个蜂窝用户进行用户分簇以得到多个蜂窝用户群；基于一对一三边匹配来对所得到的多个蜂窝用户群、所述多个D2D对、以及所述子信道进行三方匹配，使得不同的蜂窝用户群在不同的子信道上以正交方式进行传输；以及基于匹配结果来对每一个子信道上的蜂窝用户群和D2D对进行功率分配。率分配。率分配。

【技术实现步骤摘要】
一种基于D2D通信的NOMA异构网络的资源分配方法


[0001]本专利技术涉及无线通信资源分配，更具体地，涉及基于设备到设备(D2D)通信的非正交多址接入(NOMA)异构网络的资源分配方法。

技术介绍

[0002]近年来，智能家居、物理网、车联网等新兴技术的出现，意味着对不断增长的更高的数据速率和更高的服务质量的需求。在实现良好系统吞吐量的同时，为了保持接收的低成本，在4G中采用了正交多址接入技术。然而，传统的正交多址技术无法支撑超5代移动通信技术高速率、低延迟、广连接的通信需求，所以非正交多址接入(NOMA)技术成了现如今的研究热点。在正交多址技术(OMA)中，只能为一个用户分配单一的无线资源，例如按频率分割或按时间分割，而NOMA方式可将一个资源分配给多个用户。在某些场景中，比如远近效应场景和广覆盖多节点接入的场景，特别是上行密集场景，采用功率复用的非正交接入多址方式较传统的正交接入有明显的性能优势，更适合未来系统的部署。然而，现有的NOMA系统的资源分配方案在吞吐量提升的同时忽视了用户享受资源的平等性。距离基站中心较远的用户由于信道条件较差，可能无法进入传输网络。D2D通信允许用户之间直接进行通信，无需经过基站，从而可以保障边缘用户的公平性。因此，将D2D技术与NOMA技术结合可以在提升系统性能的同时确保用户公平性，这成了现如今的研究热点。
[0003]然而，现有的融合D2D通信和NOMA技术的资源分配方案均计算复杂、效率低，因此期望提供一种改进的基于D2D通信的NOMA异构网络的资源分配方法，从而在提高系统吞吐量的同时保证系统公平性。

技术实现思路

[0004]提供本
技术实现思路
以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步的描述一些概念。本
技术实现思路
并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
[0005]本专利技术考虑了上行通信中一个子信道上存在多个蜂窝用户和D2D对的情况。由于最大化系统和速率问题是一个混合整数非线性规划问题，因此将其分为了三部分：用户分簇、子信道选择、功率分配。其中用户分簇采用了改进型K均值算法进行聚类，将原始的随机选择簇头改为了有标准的选择簇头。子信道选择和功率分配分别采用了一对一三边匹配算法和逐次凸逼近法。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于基于D2D通信的NOMA异构无线通信网络的资源分配方法，所述方法包括：
[0007]针对所述无线通信网络构建以系统吞吐量最大化为目标的资源分配模型，其中所述无线通信网络包括分布在基站周围的多个蜂窝用户以及多个D2D对，其中每一个子信道上允许多个蜂窝用户和一个D2D对，所述多个蜂窝用户间采用NOMA进行传输；
[0008]使用聚类算法基于信道相关性对所述多个蜂窝用户进行用户分簇以得到多个蜂
窝用户群；
[0009]基于一对一三边匹配来对所得到的多个蜂窝用户群、所述多个D2D对、以及所述子信道进行三方匹配，使得不同的蜂窝用户群在不同的子信道上以正交方式进行传输；以及
[0010]基于匹配结果来对每一个子信道上的蜂窝用户群和D2D对进行功率分配。
[0011]根据本专利技术的一个实施例，对所述多个蜂窝用户进行用户分簇以得到多个蜂窝用户群进一步包括：
[0012]确定初始簇头集合，其中选择较密集中心蜂窝用户作为第一簇头，随后选择与先前簇头信道相关性最低的簇头，其中所述初始簇头集合中的初始簇头数目与子信道数目相同；
[0013]确定各簇头的簇内成员，其中选择与各簇头信道相关性最高的蜂窝用户作为该簇头的簇内成员；
[0014]更新簇头并且重复所述确定各簇头的簇内成员的步骤，直至收敛。
[0015]根据本专利技术的进一步实施例，所述资源分配模型的约束条件包括限定任何一个子信道上的蜂窝用户群内的蜂窝用户数；限定蜂窝用户与D2D对均仅占用一个信道；限定任何蜂窝用户或D2D对的发射方的最大功率。
[0016]根据本专利技术的进一步实施例，基于一对一三边匹配来对所得到的多个蜂窝用户群、所述多个D2D对、以及所述子信道进行三方匹配进一步包括：
[0017]从包括K个子信道的子信道集合和包括N个D2D对的D2D对集合中形成N
×
K个SC
‑
DP对；
[0018]在所有SC
‑
DP对上构造所有蜂窝用户群的偏好列表，其中所述偏好定义为一个子信道上的所有用户的传输速率总和；
[0019]对于每个蜂窝用户群，选择该蜂窝用户群最偏好的相应SC
‑
DP对；以及
[0020]若所述相应SC
‑
DP对尚未被匹配，则将该蜂窝用户群与所述相应SC
‑
DP对形成一组。
[0021]根据本专利技术的进一步实施例，基于匹配结果来对每一个子信道上的蜂窝用户群和D2D对进行功率分配进一步包括：
[0022]采用基于算术平均加几何规划的逐次凸逼近方法来对每一个子信道上的蜂窝用户群和D2D对进行功率分配。
[0023]根据本专利技术的另一方面，提供了一种基于D2D通信的NOMA异构无线通信网络，所述无线通信网络包括：
[0024]基站；
[0025]分布在所述基站周围的多个蜂窝用户；以及
[0026]分布在所述基站周围的多个D2D对，
[0027]其中每一个子信道上允许多个蜂窝用户和一个D2D对，所述多个蜂窝用户间采用NOMA进行传输，并且
[0028]其中所述基站被配置成通过以下方式来为所述多个蜂窝用户和所述多个D2D对进行资源分配：
[0029]使用聚类算法基于信道相关性对所述多个蜂窝用户进行用户分簇以得到多个蜂窝用户群；
[0030]基于一对一三边匹配来对所得到的多个蜂窝用户群、所述多个D2D对、以及所述子信道进行三方匹配，使得不同的蜂窝用户群在不同的子信道上以正交方式进行传输；以及
[0031]基于匹配结果来对每一个子信道上的蜂窝用户群和D2D对进行功率分配。
[0032]根据本专利技术的一个实施例，对所述多个蜂窝用户进行用户分簇以得到多个蜂窝用户群进一步包括：
[0033]确定初始簇头集合，其中选择较密集中心蜂窝用户作为第一簇头，随后选择与先前簇头信道相关性最低的簇头，其中所述初始簇头集合中的初始簇头数目与子信道数目相同；
[0034]确定各簇头的簇内成员，其中选择与各簇头信道相关性最高的蜂窝用户作为该簇头的簇内成员；
[0035]更新簇头并且重复所述确定各簇头的簇内成员的步骤，直至收敛。
[0036]根据本专利技术的进一步实施例，所述资源分配的约束条件包括限定任何一个子信道上的蜂窝用户群内的蜂窝用户数；限定蜂窝用户与D2D对均仅占用一个信道；限定任何蜂窝用户或D2D对的发射方的最大功率。
[0037]根据本专利技术的进一步实施例，基于一对一三边匹配来对所得到的多个蜂窝用户群、所述多个D2D对、以及所述子信道进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于基于D2D通信的NOMA异构无线通信网络的资源分配方法，其特征在于，所述方法包括：针对所述无线通信网络构建以系统吞吐量最大化为目标的资源分配模型，其中所述无线通信网络包括分布在基站周围的多个蜂窝用户以及多个D2D对，其中每一个子信道上允许多个蜂窝用户和一个D2D对，所述多个蜂窝用户间采用NOMA进行传输；使用聚类算法基于信道相关性对所述多个蜂窝用户进行用户分簇以得到多个蜂窝用户群；基于一对一三边匹配来对所得到的多个蜂窝用户群、所述多个D2D对、以及所述子信道进行三方匹配，使得不同的蜂窝用户群在不同的子信道上以正交方式进行传输；以及基于匹配结果来对每一个子信道上的蜂窝用户群和D2D对进行功率分配。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述多个蜂窝用户进行用户分簇以得到多个蜂窝用户群进一步包括：确定初始簇头集合，其中选择较密集中心蜂窝用户作为第一簇头，随后选择与先前簇头信道相关性最低的簇头，其中所述初始簇头集合中的初始簇头数目与子信道数目相同；确定各簇头的簇内成员，其中选择与各簇头信道相关性最高的蜂窝用户作为该簇头的簇内成员；更新簇头并且重复所述确定各簇头的簇内成员的步骤，直至收敛。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述资源分配模型的约束条件包括限定任何一个子信道上的蜂窝用户群内的蜂窝用户数；限定蜂窝用户与D2D对均仅占用一个信道；限定任何蜂窝用户或D2D对的发射方的最大功率。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于一对一三边匹配来对所得到的多个蜂窝用户群、所述多个D2D对、以及所述子信道进行三方匹配进一步包括：从包括K个子信道的子信道集合和包括N个D2D对的D2D对集合中形成N
×
K个SC
‑
DP对；在所有SC
‑
DP对上构造所有蜂窝用户群的偏好列表，其中所述偏好定义为一个子信道上的所有用户的传输速率总和；对于每个蜂窝用户群，选择该蜂窝用户群最偏好的相应SC
‑
DP对；以及若所述相应SC
‑
DP对尚未被匹配，则将该蜂窝用户群与所述相应SC
‑
DP对形成一组。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于匹配结果来对每一个子信道上的蜂窝用户群和D2D对进行功率分配进一步包括：采用基于算术平均加几何规划的逐次凸逼近方法来对每一个子信道上的蜂窝用户群和D2D对进行功率分配。6.一种基于D2D通信的NOMA异构无线...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤雯，陆涛，
申请(专利权)人：天翼数字生活科技有限公司，
类型：发明
国别省市：