[发明专利]一种5G混合场景下面向QoE的双层匹配博弈方法

说明书

本发明公开了一种5G混合场景下面向QoE的双层匹配博弈方法，其特征在于：在5G场景下的一个小蜂窝基站SBS，混合共存有C个蜂窝用户CU和D个D2D用户DU；所述方法基于用户体验质量QoE为优化指标，实现CU和信道之间、DU和资源块之间达到稳定的匹配，包括：一、CU和信道基于对方个体分别建立偏好列表，采用考虑已存匹配的多对一匹配博弈算法，来进行蜂窝内部的信道与CU之间的匹配；二、DU和资源块基于对方个体分别建立偏好列表，利用考虑已存匹配的多对多匹配博弈算法，为蜂窝内部的DU分配资源块进行通信，三、通过不断的迭代，更新CU的信道分配向量和DU与资源块的匹配结果，最终达到稳定的双边匹配。本发明的频谱分配方案，简单实用，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及D2D和蜂窝用户共存的5G通信系统中基于匹配博弈理论的方法，尤其是一种5G混合场景下面向QoE的双层匹配博弈方法。

背景技术

随着无线技术的迅猛发展，无线接入网络技术已进入新的发展阶段，即第五代移动通信系统(5G)的发展阶段。5G环境具有超高流量密度、超高移动性和超高连接数密度的特征，包括连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接、低时延高可靠等技术场景，可满足用户多样化的业务需求。同时，当前无线资源日渐稀缺，因此研究无线资源管理技术对于提高无线资源利用率、满足多种业务服务质量需求至关重要。5G网络环境具有异构性和动态性，这对无线资源管理提出了更加严峻的挑战。同时，D2D(Device-to-Device；设备到设备)通信技术作为一种可以有效提高频谱复用率和增强系统容量的技术，将成为5G通信系统中的关键技术之一。D2D通信技术就是在基站的控制下，用户设备绕过基站使用蜂窝资源来互相传输数据信号的技术。在局部的范围内，流行内容的下载在总体的移动数据流量中占有较大的比例，比如天气预报、多媒体新闻和股票信息等。当周边用户设备中已经有该用户想下载的资源，那么可以采用D2D的方式从其他用户设备中获取，从而有效缓解基站的流量拥塞和频谱资源的压力。

尽管D2D技术可以增强频谱利用效率和增加系统容量，但由于频谱的共享也会为蜂窝系统带来干扰。同时，传统上的资源分配最优化的目标是系统的吞吐量，而没有考虑用户的QoE(Quality of Experience；体验质量)要求。QoE的效用不是关于所有信道的吞吐量之和的线性方程，所以现有技术的上述最优化方法并不适用。另外，在讨论小蜂窝中的用户资源分配时，没有考虑到D2D用户对蜂窝用户的干扰问题。用户的公平性问题也是衡量算法优劣的关键所在，即算法要保证信道分配的结果能够保证达到用户的心理预期，也就是达到所能接受的最低限度。由于在小蜂窝网络中，同时存在蜂窝用户和D2D用户，那么就存在着一种竞争关系和一种干扰关系，即SBS(Small-cell Base Station；小蜂窝基站)中分配信道时所有CU(Cellular Users；蜂窝用户)之间的竞争关系，以及DU(D2D Users；直连用户)复用CU信道时对该CU产生干扰。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种5G混合场景下面向QoE的双层匹配博弈方法，采用多对一匹配博弈理论和多对多匹配博弈理论分别对小蜂窝中的蜂窝用户和D2D用户进行信道分配，同时考虑到两个匹配结果的相互影响，可有效解决在SBS中分配信道时所有CU蜂窝用户之间的竞争关系以及DU复用CU信道时对该CU产生干扰的问题，能够保证用户的公平性，实现总体体验质量的最优化。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

本发明的一种5G混合场景下面向QoE的双层匹配博弈方法，其特征在于：

在5G场景下，设置一个小蜂窝基站SBS，其中混合共存有I个蜂窝用户CU和J个D2D用户DU，分别用CUc_i和DUd_j来表示，其中而蜂窝网络中的信道用来表示；与CUc_i匹配的信道为一个资源块RB_i，与CU的集合相对应，资源块的集合可表示为