[发明专利]一种基于多种群遗传算法的D2D通信资源优化方法

说明书

一种基于多种群遗传算法的D2D通信资源优化方法，涉及LTE网络中的D2D通信频谱资源分配的技术领域。本发明分别建立系统模型和信道模型，采用的资源分配方法包括：（1）设定染色体的编码方式；（2）初始化种群；（3）求解场景变换后小区中正常通信的D2D用户数量，并设置其为遗传算法的适应度函数；（4）对种群进行繁殖过程，每繁殖一代包括选择、交叉、变异、修正四个步骤；（5）引入移民算子，将各种群在进化过程中的最优个体定期的引入到其他种群；（6）引入精华种群；（7）当繁殖代数迭代到满足终止条件即达到最优个体最少保持代数后算法停止。本发明在满足用户服务质量的前提下能有效降低移动终端的发射功率，实现快速的场景变化。

技术领域

本发明涉及LTE网络中的D2D通信频谱资源分配问题的研究，具体涉及一种基于多种群遗传算法的D2D通信系统的资源分配方法。

背景技术

随着现代通信技术的快速发展，人们对无线数据的需求急速增加。无线通信所用的频段属于一种宝贵的稀缺资源，而用于通信的较高的频段日趋紧张，D2D技术应运而生，通过复用授权频段下的蜂窝用户的频谱资源，可以有效提高频谱利用率。授权频段下的D2D通信使得通信质量更好，更加稳定、安全。D2D通信的会话建立有两种模式，一种是集中式，这种方法通过基站介入，基站可以通过良好的功率控制，资源分配等方式控制链路间的干扰，实现合理优化。另一种是分布式的，D2D之间自主连接，但此方式需要较高复杂度的D2D设备才能实现D2D之间的发现和连接，可以实现一些基站覆盖不全面地区通信，弥补蜂窝用户通过基站转接在这些区域的不足。

但D2D引入带来了一系列的挑战，小区中的不同终端复用相同的信道资源，会对小区中的其他终端产生同频干扰。大多数的发明都是研究如何提高系统总的吞吐量。而忽略了用户可正常通信数目。考虑到小区中用户信息传输速率要求并不是一成不变的，当 CUE用户以较高速率传输时，此蜂窝用户下的D2D通信就会受到影响。因此，我们需要设计合理的多种群资源分配算法，在满足所有用户服务质量的前提下有效的进行资源分配。针对出现的这些问题，本发明提出一种场景快速变化下的基于多种群遗传算法的D2D 通信系统的资源分配方法，高效地利用蜂窝网络的频谱资源，提高频谱效率。

发明内容

本发明目的是针对场景切换情况下，D2D正常通信数目发生变化，提供一种基于多种群遗传算法的D2D通信资源优化方法，快速有效地进行资源分配的优化，有效保证场景切换后正常通信的D2D用户数量。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于多种群遗传算法的D2D通信资源优化方法，所述D2D通信系统的终端包括蜂窝网络终端(CUE)和D2D移动终端(DUE)，一对DUE包括D2D发射移动终端 (DTUE)和D2D接收移动终端(DRUE)，其中有M对DUE和N个CUE共享上行链路资源，M和N为大于0的整数，所述方法包括以下步骤：

(1)初始化系统参数，所述参数包括信噪比阈值、D2D发射终端的功率、移动终端数量以及终端间的距离；

(2)将资源分配进行染色体编码，编码方式为G＝(g₁,…,g_j,…,g_M)，每个染色体共有M个基因位，每个基因位g_j的取值为1…N；

(3)随机产生一定规模的种群，每个种群包含一定数量的染色体；

(4)以场景切换情况下的D2D用户正常通信数量最多为目标，计算场景切换后即N-m个子信道中正常通信的D2D用户的数量C(U_x)，并作为多种群遗传算法的适应度函数值；

(5)对种群进行繁殖，每繁殖一代包括选择、交叉、变异和修正过程；

(6)引入移民算子，将各种群在进化过程中的最优个体定期的引入到其他种群；