[发明专利]单信道蜂窝用户情况下的D2D功率分配快速优化算法

权利要求书

1.单信道蜂窝用户情况下的D2D功率分配快速优化算法，其特征在于：本算法用凸近似的方法将非凸问题近似为凸问题，并通过多层迭代快速收敛到凸问题的优化解，即蜂窝用户和D2D用户的发射功率分配，从而得到所有D2D用户的优化和通信速率；本算法适用于蜂窝用户独立功率限制以及D2D用户独立功率限制情况和蜂窝用户和功率限制以及D2D用户和功率限制两种情况，根据两种情况的特点采用不同的D2D用户通信速率优化方法，优化目标均为最大化所有D2D用户的和通信速率；

设蜂窝系统共有N个蜂窝用户和M对D2D用户，N个蜂窝用户对应N个蜂窝频带，蜂窝用户i对应蜂窝频带i；定义：p_i表示蜂窝用户i在蜂窝频带i上的发射功率；q_i表示D2D用户在蜂窝频带i上的发射功率向量，q_i＝[q_i1,q_i2,…,q_ij,…,q_iM]，q_ij表示第j对D2D用户在蜂窝频带i上的发射功率；a_i表示蜂窝用户i到基站的归一化后的信道增益；θ_ij表示第j对D2D用户对蜂窝用户i干扰信道的信道增益；r_ij表示第j对D2D用户在蜂窝频带i上的归一化后的信道增益；β_ij表示蜂窝用户i对第j对D2D用户干扰信道的信道增益；ξ_ijl表示第l对D2D用户对第j对D2D用户在蜂窝频带i上的干扰信道的增益；ρ_i表示蜂窝用户i的最低通信速率；

(一)在蜂窝用户独立功率限制以及D2D用户独立功率限制下，采用如下算法解决D2D用户通信速率优化问题：

(11)按照蜂窝频带将D2D用户通信速率优化问题划分为N个可平行计算的子问题，蜂窝用户i的通信速率为第j对D2D用户在蜂窝频带i上的通信速率为

(12)以(·)^(l)表示(·)的第l次迭代结果，初始化拉格朗日算子给定计算精度ε₁、ε₂、ε₃，初始化迭代次数t＝0、s＝0、k＝0；

(13)计算其中：

其中：表示迭代函数构成的函数向量，

(14)对于所有i＝1,2,…,N、j＝1,2,…,M，判断是否成立：若成立，则进入步骤(15)；否则令k＝k+1，返回步骤(13)；

(15)计算其中表示更新常数，P_i表示蜂窝用户i在蜂窝频带i上允许的最大发射功率；

(16)判断是否成立：若成立，则进入步骤(17)；否则令s＝s+1且k＝0，返回步骤(13)；

(17)计算其中

(18)判断是否成立：若成立，则将作为优化后的D2D用户在蜂窝频带i上的发射功率向量输出，并按照步骤(11)中的关系求出对应的蜂窝用户i在蜂窝频带i上的发射功率和否则令t＝t+1、s＝s+1且k＝0，返回步骤(13)；

(二)在蜂窝用户和功率限制以及D2D用户和功率限制下，采用如下算法解决D2D用户通信速率优化问题：

(21)蜂窝用户i的通信速率为第j对D2D用户在蜂窝频带i上的通信速率为

(22)以(·)^(l)表示(·)的第l次迭代结果，初始化拉格朗日算子λ⁽⁰⁾＝0、μ⁽⁰⁾＝0，给定计算精度ε₁、ε₂、ε₃，初始化迭代次数t＝0、s＝0、k＝0；

(23)计算其中：

其中：表示迭代函数构成的函数向量，

(24)对于所有i＝1,2,…,N、j＝1,2,…,M，判断是否成立：若成立，则进入步骤(25)；否则令k＝k+1，返回步骤(23)；

(25)计算表示更新常数，P表示所有蜂窝用户的最大和功率限制；计算表示更新常数，Q_j表示第j对D2D用户的最大和功率限制；

(26)对于所有j＝1,2,…,M，判断|λ^(s+1)-λ^(s)|＜ε₂且是否成立：若成立，则进入步骤(27)；否则令s＝s+1且k＝0，返回步骤(23)；

(27)计算其中

(28)判断是否成立：若成立，则将作为优化后的D2D用户在蜂窝频带i上的发射功率向量输出，并按照步骤(21)中的关系求出对应的蜂窝用户i在蜂窝频带i上的发射功率和否则令t＝t+1、s＝s+1且k＝0，返回步骤(23)。