一种D2D与UORA机制共存的免授权资源分配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种D2D与UORA机制共存的免授权资源分配方法，属于无线通信领域。步骤包括：S1：设置D2D用户、蜂窝用户与WiFi用户的共存场景；S2：设计共存方案并建立D2D用户和蜂窝用户总吞吐量最大化的优化问题；S3：提出一种基于KM匹配的信道分配算法对D2D用户进行信道分配；S4：通过泰勒展开、拉格朗日变换和二次变换，以优化D2D的发射功率；S5：提出一种多变量联合优化的迭代算法，以求解最优的D2D的发射功率、信道分配、占空比分配和D2D选择结果。本发明专利技术提出的免授权频谱共存方案，在满足D2D用户与蜂窝用户通信质量的前提下，保证WiFi用户的最低传输速率，实现了D2D和蜂窝用户总吞吐量最大化。除此之外，该方案使得基站能卸载更多的授权D2D用户，极大减缓了授权频谱的压力，显著提高了免授权频谱的频谱效率。显著提高了免授权频谱的频谱效率。显著提高了免授权频谱的频谱效率。

【技术实现步骤摘要】
一种D2D与UORA机制共存的免授权资源分配方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，涉及一种D2D与UORA机制共存的免授权资源分配方法。

技术介绍

[0002]随着智能终端的迅速普及和移动通信技术的进步，巨大的数据流量需求以及物联网设备的快速增加与传统蜂窝网络频谱资源匮乏之间的矛盾日益明显。在过去十年蜂窝网络已承载了爆炸性增长的数据流量，现有蜂窝通信网络已不能满足日益增长的高速率业务需求。因此迫切需要引入和实施新的技术或方案，在提高频谱效率和网络容量的同时减轻传统蜂窝系统中基站的过度负担。为此，3GPP(3rd Generation Partnership Project)提出设备对设备(Device to Device，D2D)通信技术。与传统蜂窝通信相比，D2D通信不需要基站作为中转就可以实现位置相近的两个设备直接通信，大大减少了基站的负担。其次，D2D通信作为一种邻近通信技术，D2D用户只需较小的发射功率就可以满足通信质量需求。再者，D2D通信可以通过复用蜂窝系统的授权频谱资源，提高网络容量和频谱利用率。<br/>[0003]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种D2D与UORA机制共存的免授权资源分配方法，包括以下步骤：S1：设置D2D用户、蜂窝用户与WiFi用户的共存场景；S2：设计共存方案并建立D2D用户和蜂窝用户总吞吐量最大化的优化问题；S3：提出一种基于KM匹配的信道分配算法对D2D用户进行信道分配；S4：通过泰勒展开、拉格朗日变换和二次变换，以优化D2D的发射功率；S5：提出一种多变量联合优化的迭代算法，以求解最优的D2D的发射功率、信道分配、占空比分配和D2D选择结果。2.根据权利要求1所述的一种D2D与UORA机制共存的免授权资源分配方法，其特征在于：在步骤S1中，本发明考虑单个基站覆盖的蜂窝网络，其中包括D对D2D用户和N个蜂窝用户，两者随机分布。D2D对i记为DU
i
，，蜂窝用户记为CU
j
，除此之外，覆盖范围内还存在一个WiFi接入点(WAP)，其服务范围内包含随机分布的W个WiFi用户WU；WiFi用户记为WU
k
，WiFi设备工作在5Ghz频段并采用802.11ax协议进行通信，具体说，WiFi用户基于UORA机制与WAP进行通信；在UORA机制中，WAP将免授权信道划分为不同的子信道B
u
供WiFi用户竞争使用，本发明将子信道数量设置为M。3.根据权利要求2所述的一种D2D与UORA机制共存的免授权资源分配方法，其特征在于：在步骤S2中，本发明结合占空比机制和直接接入的方法，实现D2D用户、蜂窝用户和WiFi用户在免授权频谱共存。定义一个周期T，T被分为T
off
和T
on
两个时间段。在T
off
时间段内，WiFi不使用免授权频谱，D2D用户与蜂窝用户复用由基站划分的免授权子信道B
n
，子信道数量与蜂窝用户数量相等。因此，在T
off
时间段内，DU
i
的吞吐量可表示为：在式中，为DU
i
与CU
j
复用信道时的信扰噪比；ρ
i
为D2D选择因子；P
id
为D2D对i发射端的发射功率；P
c
为CU
j
的发射功率；为DU
i
发射端到接收端的信道增益；|g
j,i
|2为CU
j
到DU
i
接收端的信道增益；|g
i
′
,i
|2为同信道中其他D2D对i
′
的发射端到DU
i
接收端的信道增益；σ2为噪声功率谱密度；α
i,j
为信道分配因子，α
i,j
∈{0,1}。在T
off
时间段内的CU
j
的吞吐量可表示为：在式中，为CU
j
与DU
i
复用信道时的信扰噪比；|g
j,BS
|2为CU
j
到基站的信道增益；|g
i,j
|2为DU
i
发射端到CU
j
的信道增益。在T
on
时间段，蜂窝用户不使用免授权频谱，WiFi用户通过竞争到的子信道传输数据，部
分D2D用户直接接入子信道使用免授权频谱，子信道最多由一对D2D用户占用。此时，DU
i
的的吞吐量为：在式中，为DU
i
与WiFi用户复用信道时的信扰噪比；P
max
为D2D的最大发射功率；P
w
为wifi用户的发射功率，|g
k,i
|2为WiFi用户到DU
i
接收端的信道增益。每个WiFi用户的平均吞吐量为：在式中，P
tr
为至少一个WiFi用户在某个子信道中传输的概率；P
s
为在一个子信道中传输成功的概率；P
idle
为所有的子信道都是空闲的概率；E[P]为数据包大小的期望(以比特为单位)；T
tr
是当至少有一个子信道能够成功地传递数据包时，信道占用的持续时间；T
idle
为WAP发射一个触发帧(Trigger Frame，TF)的持续时间；T
c
为当所有WiFi用户由于碰撞导致信道繁忙的时间。建立需要优化的目标函数：为了得到最大蜂窝用户和D2D用户系统吞吐量，从而有：s.t.：C1:C2:0≤λ＜1C3:C4:C5:C6:C7:C8:C9:C10:C11:其中，ρ为变量ρ
i
的集合，α为变量α
i,j
的集合，P
d
为变量P
id
的集合；R
C
为蜂窝用户总吞吐量；R
Df
为在T
off
时间段内，D2D用户的总吞吐量；R
Do
为在T
on
时间段内，D2D用户的总吞吐量；C1
蜂窝用户与D2D用户与WiFi共存时，WiFi用户应满足最低吞吐量要求，R
min
为WiFi最低吞吐量；C2表示占空比因子λ的取值范围，其值为T
off
/T；C3表示D2D的发射功率限制，P
min
为D2D的最小发射功率，P
max
为D2D的最大发射功率；C4表示每对D2D用户只能和一个蜂窝用户复用信道；C5表示一个蜂窝用户最多和D
‑
N+1对D2D用户复用信道，至少能和一对D2D用户复用信道；C6表示信道分配因子α
i,j
的取值范围，α
i,j
＝1时，表示DU
i
与CU
j
复用信道，反之同理。C7表示蜂窝用户和D2D用户在复用信道时，蜂窝用户的信扰噪比应满足其最低信扰噪比要求，为蜂窝用户需要满足的最低信噪比要求；C8和表示在T
off
时间段内，D2D用户和蜂窝用户在复用信道时，D2D用户的信扰噪比应满足其最低信扰噪比要求，为D2D用户需要满足的最低信噪比要求；C10表示在T
on
时间段内，D2D用户和WiFi用户在复用信道时，D2D用户的信扰噪比应满足其最低信扰噪比要求；C10表示D2D选择因子ρ
i
的取值范围，当ρ
i
＝1时，代表DU
i
在T
on
时间段内进行通信，当ρ
i
＝0时，代表D2D对i在T
off
时间段内进行通信；C11表示最多允许M
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：裴二荣，陈俊林，陈新虎，倪剑雄，柳祚勇，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：