本发明专利技术提供了混合D2D通信的全双工分布式天线系统资源分配方法，根据蜂窝用户下行发射功率，蜂窝用户上行发射功率，D2D用户发射功率，蜂窝用户子载波分配，D2D对子载波分配建立所述混合D2D通信的全双工分布式天线系统的能量效率模型；本发明专利技术提出的子载波共享策略子载波可以被分配给任意的蜂窝用户和/或者D2D对，极大的增加了子载波分配的灵活性。通过将分式优化问题转化为等效的减法问题，采用惩罚函数、D.C.规划和连续凸逼近，本实施例取得了优化问题的次优解。从仿真结果可以看出，采用了混合D2D通信的全双工DAS的性能优于传统的蜂窝通信模式，与采用其它共享策略相比，本实施例提出的共享策略能够极大地提高能量效率。例提出的共享策略能够极大地提高能量效率。例提出的共享策略能够极大地提高能量效率。
【技术实现步骤摘要】
一种混合D2D的全双工分布式天线系统资源分配方法
[0001]本专利技术涉及通信
，具体来说，涉及一种混合D2D的全双工分布式天线系统资源分配方法。
技术介绍
[0002]随着移动通信的蓬勃发展，智能手机和其它无线设备急剧增加，对能量的需求也日益提高，能量效率已经成了衡量系统性能的关键绩效指标之一。
[0003]分布式天线系统（Distributed Antenna System，DAS）由于减小了用户的接入距离、节省了发射功率和取得了更大的覆盖范围，是一种可以提高能量效率的系统架构。为了进一步发挥出DAS的优势，近些年来，把全双工技术应用于DAS，通过DAS中RAU分散式摆放的结构特点，可以有效地减小基站天线之间的自干扰，实现同时同频上下行传输。研究表明，在一定的自干扰消除能力情况下，全双工DAS可以取得比半双工DAS更高的能量效率。但是，即使DAS的RAU分散式摆放，拉近了用户和RAU之间的距离，基于成本和实际的场景，RAU不可能完全消除小区的通信死角，仍然有部分用户或者因为离RAU较远而接收到的基站信号很弱，或者因为用户之间相隔太近而受到很强的多用户干扰等原因，导致他们的用户体验度非常差。因此，如何保证全双工DAS边缘用户以及距离很近用户的服务质量，提高系统的能量效率成了一个亟待解决的问题。
[0004]针对上述问题，D2D通信是一个非常有效的解决方法，它允许两个相隔很近的用户构成用户对，同一D2D对内用户可以不通过基站中转而直接通信。一般来说，D2D通信和蜂窝通信有两种共存模式，一种是D2D通信和蜂窝通信分别使用不同的授权频段，它们之间互不干扰，这种模式也称为正交模式。另外一种模式是D2D通信和蜂窝通信共享频谱资源，它们之间存在着同信道干扰，这种模式也称为复用模式。
[0005]为了充分利用D2D通信的优势，复用模式下的资源优化分配问题引起了人们的广泛关注。文献[4]研究了在同时满足每个蜂窝用户和D2D对QoS需求的条件下，通过优化资源块分配和功率分配最大化上行D2D通信复用蜂窝系统的能量效率。作者把问题分解成几个子问题，首先考虑蜂窝用户的能量效率最大化问题，然后考虑D2D对的资源分配问题。其中一个蜂窝用户只能被分配给一个资源块，而一个资源块可以被分配多个D2D对。文献[5]研究了基于蜂窝网络的下行D2D通信的联合资源块分配和功率控制问题，在保证每个D2D对在每个资源块内的QoS需求的前提下最大化D2D通信的能量效率。其中每个D2D对只能复用一个资源块，每个资源块也最多只能被分配给一个D2D对。文献[6]从用户公平的角度研究了带有D2D通信的下行蜂窝网络，通过模式选择、子载波分配和功率分配，在每个D2D用户对速率保证的情况下，提高了单个D2D用户对的能量效率。其中每个子载波最多只能被一个D2D对复用。文献[7]研究了包括功率
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模式
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信道的3D模式联合优化问题，在保证D2D用户和蜂窝用户QoS需求的情况下最大化上行D2D通信蜂窝系统的能量效率。其中每个蜂窝信道最多只能被一个D2D对复用，而每个D2D只能复用一个蜂窝信道。然而，文献[4]‑
文献[7]于蜂窝系统下的D2D通信考虑的都是CAS。文献[8]研究了在复合Nakagami衰落信道下的基于下行
DAS的D2D通信，在考虑蜂窝用户最小速率保证的情况下，通过优化功率分配最大化D2D用户的能量效率。其中一个蜂窝用户只能和一个D2D对共享相同的频谱资源。文献[9]研究了在不确定信道下的基于下行DAS的D2D通信问题，在D2D用户对蜂窝用户干扰约束的情况下，最大化所有D2D用户的能量效率。其中一个蜂窝用户可以和多个D2D对工作在相同的频段上。然而，上述文献都没有考虑全双工操作。文献[10]研究了基于上行蜂窝网络的D2D通信资源分配问题，其中D2D用户具有全双工能力。在保证每个用户QoS需求的情况下，作者通过优化子信道分配和功率分配最大化D2D对和它们复用蜂窝用户的能量效率。其中每个D2D对最多复用一个蜂窝用户，同时每个蜂窝用户最多和一个D2D对共享频谱资源。文献[11]研究了复用模式下的D2D通信资源分配问题，其中全双工D2D用户复用上行蜂窝网络。在保证每个蜂窝用户最小速率需求的情况下，通过功率分配和频谱资源分配最大化D2D用户总的能量效率。其中每个D2D对最多只能复用一个蜂窝用户，同时每个蜂窝用户最多只能和一个D2D对共享频谱资源。基于以上分析，看到，在蜂窝系统中，频谱资源被认为是蜂窝用户的独占资源，即每个资源块必须被分配给蜂窝用户，而D2D用户只能和蜂窝用户共享频谱资源。然而在有些情况下，并不是所有的蜂窝用户都适合频谱资源共享。为了解决这一问题，文献[12]提出了一种新的共享模式，称为纯D2D模式，它允许某些资源块可以单独由D2D用户共享，而不用分配给蜂窝用户。这种模式为资源分配提供了更大的灵活性，然而由于考虑的是单天线系统，为了减小蜂窝用户间干扰，作者限定了两个蜂窝用户不能复用同一资源块。现阶段对于混合D2D通信的蜂窝网络的能量效率资源优化分配问题的研究主要集中在半双工DAS或者是全双工集中式天线系统，但对混合D2D通信的全双工DAS的能量效率资源分配问题目前还没有对应的解决方案。
[0006] 参考文献：[1] Zong B, Fan C, Wang X, et al. 6G technologies: Key drivers, core requirements, system architectures, and enabling technologies[J]. IEEE Vehicular Technology Magazine. 2019, 14 (3): 18
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zbek B, Pischella M, Le Ruyet D. Energy efficient resource allocation for underlaying multi
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D2D enabled multi本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种混合D2D通信的全双工分布式天线系统资源分配方法，其包括如下步骤：S1，根据蜂窝用户下行发射功率，蜂窝用户上行发射功率，D2D用户发射功率，蜂窝用户子载波分配，D2D对子载波分配建立所述混合D2D通信的全双工分布式天线系统的能量效率模型；其中所述能量效率模型的目标函数为所述混合D2D通信的全双工分布式天线系统总频谱效率与所述混合D2D通信的全双工分布式天线系统总的功率消耗的比值；所述能量效率模型的约束条件为：蜂窝用户上行发射功率不超过最大上行发射功率、蜂窝用户下行发射功率不超过最大下行发射功率、D2D用户发射功率不超过最大D2D发射功率；蜂窝用户下行速率不小于蜂窝用户行最小下行速率、蜂窝用户上行速率不小于蜂窝用户最小上行速率、D2D用户最小速率不小于D2D用户最小速率；每个子载波最多被分配给A个蜂窝用户和B个D2D对，其中A和B均为大于0的正整数；S2、根据分式规划将所述能量效率模型由所述混合D2D通信的全双工分布式天线系统总频谱效率与所述混合D2D通信的全双工分布式天线系统总的功率消耗比值转换为减法形式的能量效率模型，其中所述减法形式能量效率模型的目标函数为所述混合D2D通信的全双工分布式天线系统总频谱效率减去所述混合D2D通信的全双工分布式天线系统总的功率消耗的权重；S3、使用二进制变量松弛将蜂窝用户子载波分配以及D2D对的子载波分配松弛为连续变量约束，添加使松弛后的连续变量和原二进制变量等价的约束；并将等价约束作为惩罚项加入到所述减法形式能量效率模型的目标函数中；S4、分别改写蜂窝用户的上行频谱效率函数、蜂窝用户下行频谱效率函数以及D2D对的用户的频谱效率函数为凸函数的差分形式；并使用改写后的蜂窝用户的上行频谱效率函数、蜂窝用户下行频谱效率函数以及D2D对的用户的频谱效率函数改写所述减法形式能量效率模型的目标函数得到符合D.C.规划的混合D2D通信的全双工分布式天线系统能量效率模型；S5、使用凸优化算法求解所述符合D.C.规划的混合D2D通信的全双工分布式天线系统能量效率模型得到所述蜂窝用户下行功率，蜂窝用户上行发射功率，D2D用户发射功率，蜂窝用户子...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘湛，
申请(专利权)人：深圳慧联达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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