[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

说明书

本发明公开了一种单信道蜂窝用户情况下的D2D功率分配快速优化算法，基于蜂窝网的D2D用户的通信速率优化问题是一个复杂的非凸非线性的优化问题，本发明针对的蜂窝用户为单信道、D2D用户为多信道，应用本算法可以在蜂窝用户和功率限制、独立功率限制，D2D用户和功率限制及独立功率限制等多种情况下，快速优化并求解出蜂窝用户发射功率p_i和D2D用户发射功率q_i。采用本优化算法得到的发射功率能够保证蜂窝用户的通信速率要求，并最大化所有D2D用户在所有蜂窝频带上的通信速率之和。本算法具有收敛速度快，计算量小，易于实现，结果精度高等优点。

技术领域

本发明属于基于蜂窝网的D2D通信技术，具体而言是一种针对单信道蜂窝用户、不同功率限制条件下，蜂窝用户和D2D用户功率分配的快速优化算法。

背景技术

基于蜂窝网的D2D通信即是邻近用户之间不通过基站转接，直接利用蜂窝网资源实现通信的技术。D2D技术有望降低基站负载，提高蜂窝频谱利用率。众多研究表明，基于蜂窝网的D2D通信能够在局部区域内提供更好、更直接的无线服务。D2D技术有着明朗的应用前景，比如在一个大型音乐会上，举办方通过远程服务器为观众提供相关资源下载服务，由于同一时间下载请求过多，很容易造成网络拥堵。若应用D2D技术，已经下载了资源的用户可以通过D2D链路将资源分享给别的用户，大大减轻网络负担。

由于D2D用户和蜂窝用户共用相同的频谱资源，D2D用户在利用蜂窝网资源的同时，也必然会对使用相同频谱资源的蜂窝用户产生干扰，同样的，蜂窝用户也会对占用同一频带的D2D用户产生干扰。因而D2D技术优势得以发挥的关键在于高效的资源共享方案，这其中主要包括D2D用户和蜂窝频带的匹配，以及D2D用户和蜂窝用户发射功率的控制。优化的功率控制算法能够有效控制D2D用户和蜂窝用户间的干扰，并提高蜂窝资源的频谱利用率。

在当前国内外大部分研究中，都假设同一蜂窝信道同一时刻至多只能被一个D2D用户共享，这大大简化了问题的复杂度，但无疑也降低了D2D系统的灵活度。在本发明中条件中，我们假设某一蜂窝信道同时可被所有D2D用户所共用，基于此提出了一种快速收敛的优化算法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种单信道蜂窝用户情况下的D2D功率分配快速优化算法，在满足蜂窝用户Quality of Service(QoS)条件下，最大化蜂窝网中所有D2D用户的和通信速率；本发明方法能够输出优化的蜂窝用户发射功率和D2D用户发射功率

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

基于蜂窝网的多信道D2D用户的通信速率优化问题是一个复杂的非凸非线性问题，本发明提供的单信道蜂窝用户情况下的D2D功率分配快速优化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。

单信道蜂窝用户情况下的D2D功率分配快速优化算法，对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，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。