[发明专利]D2D通信系统中的一种基于QoS的分簇信道分配方法

说明书

本发明公开了D2D通信系统中的一种基于QoS的分簇信道分配方法，该方法在D2D用户复用蜂窝用户下行链路资源的场景下，引入用户满意度的概念以更好地满足D2D用户的不同QoS需求，运用图论着色方法为D2D用户分配信道。具体步骤如下：首先构建D2D用户间的干扰图，然后在保证蜂窝用户QoS需求的情况下建立D2D用户的可用颜色列表，最后基于用户满意度和系统公平性定义了D2D用户使用不同颜色的效用，并在此基础上为D2D用户分簇，位于同一簇内的用户可以共享蜂窝用户信道。该方法能够在有效保证蜂窝用户QoS需求的情况下提高D2D用户的满意度，同时兼顾用户间的公平性。

技术领域

本发明涉及一种D2D复用模式下基于QoS的分簇信道分配方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

目前，3GPP(Third Generation Partnership Project)组织已经把D2D(Device-to-Device)通信技术列为第五代移动通信(5G,5-generation)的关键技术之一。D2D通信是一种在基站或核心网的控制下，允许近距离的用户终端之间通过专用频谱或复用蜂窝网络频谱直接通信的新技术。由于D2D通信不经过基站中继，有利于节省设备功率、卸载蜂窝流量从而减小基站的负担。与工作在非许可频段的其它无线通信技术(如WiFi、蓝牙、ZigBee)相比，D2D通信工作在许可频段，可以避免非许可频段存在的不确定因素，提供更可靠的服务。

在D2D通信中，用户可以采用专用模式(DedicatedMode)、复用模式(ReusingMode)和蜂窝模式(Cellular Mode)进行通信。其中，复用模式因其高频谱效率的特点受到广泛关注。采用复用模式时，如果用户间的干扰不能得到有效控制，D2D通信可能会损害其他用户的通信质量从而降低系统性能。因此，有效的干扰管理机制是发挥D2D通信优势的关键。此外，D2D通信可支持多种本地传输业务如文件共享、视频播放等，由于使用不同业务的用户对速率的需求不同，考虑到实际应用场景，资源的分配应当与D2D用户的业务需求相结合，以防出现为低速率需求的用户分配过多资源而为高速率需求的用户分配资源不足的情况。本发明以用户满意度为主要度量值，在保证蜂窝用户QoS需求的情况下，采用图论着色方法为QoS需求各异的D2D用户分簇以共享蜂窝用户信道，能更好的满足用户的业务速率需求并兼顾系统公平性。

发明内容

技术问题：本发明的目的是在D2D复用模式下提供一种基于QoS的分簇信道分配方法，D2D用户通过合理的复用蜂窝用户的信道，以更好的满足自身的业务速率需求同时有较好的系统公平性。

技术方案：本发明的D2D通信系统中的一种基于QoS的分簇信道分配方法，包括以下步骤：

1)蜂窝用户和子信道总数均为M，C_k表示蜂窝用户k，每个蜂窝用户占用一个子信道，即C_k使用子信道k；D_i表示D2D用户对i，D2D用户总数为N；g_B,k为基站和C_k之间的信道增益；g_i为D_i直通链路的信道增益；h_B,i为基站到D_i的接收机的信道增益；h_i,k为D_i的发射机到C_k的信道增益；h_i,j为D_i的发射机到D_j的接收机的信道增益；N₀为所有用户接收端噪声功率，定义D2D用户i的满意度为其中Dem_i为D_i的数据需求速率，为D_i的传输速率；

2)根据系统中D2D用户间的干扰情况，建立干扰图G＝(V,E)：点集V代表D2D用户对；边集E表示任两对D2D用户之间的干扰情况，若D2D用户对i与D2D用户对j满足：