[发明专利]一种基于异构网络的频谱资源划分方法

说明书

本发明属于通信5G以及异构网络技术领域，具体的说是一种基于异构网络的频谱资源划分方法。本发明提出了一种有公平性保证的5G蜂窝系统与D2D网络混合的异构网络模型，旨在通过合理的频谱资源分配来保证异构网络两种用户的通信需求。本发明的基本思路是通过引入一个公平性约束条件来求解频谱资源分配的凸优化问题，并且通过调整公平性约束条件中的参数可以调整两种用户通信需求的权重，达到灵活配置的目的。

技术领域

本发明属于通信5G以及异构网络(Heterogeneous Network)技术领域，具体的说是一种有公平性保证的5G蜂窝系统与D2D网络混合的异构网络模型。本发明涉及凸优化(Convex Optimal)，5G，资源分配(Resource Allocation)等技术。

背景技术

D2D通信不需要基站进行数据转发，从D2D发送端直接发送给D2D接收端。在不考虑信令开销的情况下，相比传统蜂窝通信可以节约一半的系统频谱资源，并且具有数据传输时延低，链路质量好，发送功率低，能够复用蜂窝频谱资源等特点。因此通过D2D传输方式承载目前网络中大数据量的本地业务可以有效降低蜂窝网络负载，蜂窝与D2D组成混合网络的架构在未来可能得到应用。在这种混合网络中，蜂窝网络是使用授权频段的主系统，而D2D网络作为次级未授权网络可以共享使用蜂窝网络的授权频段。因此，如何将频谱资源分配给D2D与蜂窝系统将是影响系统性能的关键。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种有公平性保证的5G蜂窝系统与D2D网络混合的异构网络模型，旨在通过合理的频谱资源分配来保证异构网络两种用户的通信需求。本发明的基本思路是通过引入一个公平性约束条件来求解频谱资源分配的凸优化问题。求得两种类型用户被分配到子载波的比例。并且通过调整公平性约束条件中的参数可以调整两种用户通信需求的权重。达到灵活配置的目的。

首先介绍系统模型：

如图1所示，考虑单小区的蜂窝与D2D网络混合的异构网络，存在一个基站(BS)，若干个蜂窝用户，若干个D2D用户。蜂窝用户与D2D用户服从参数不同的泊松点过程分布(Poisson Point Process,PPP)。D2D用户与蜂窝用户通过专用模式(Dedicated Mode)来使用一个完整的频带。有比例系数λ∈[0,1]，将比例为λ的子载波分配给蜂窝用户；而将比例为1-λ的子载波分配给D2D用户。由于不存在频谱复用，且为单小区系统因此这里不考虑同频干扰问题。

本系统以单位面积内的频谱利用率(ASE bits/(Hz·m²·s))作为性能指标,并认为接受信号的信噪比高于门限值时才可以进行通信。信道增益服从参数为1的指数分布。系统的参数表如下所示