[发明专利]基于NOMA的D2D通信联合子信道与功率分配方法

权利要求书

1.一种基于NOMA的D2D通信联合子信道与功率分配方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)计算每个蜂窝用户被各个D2D组复用后的信干噪比：系统由M个蜂窝用户与N个D2D组组成，每个D2D组包含一个D2D发射端和两个D2D接收端，每个D2D组复用一个子信道，每个蜂窝用户分配一个子信道，假设D2D组内的D2D发射端以固定功率比的发射功率发送给两个接收端，计算出被D2D组j复用后蜂窝用户i的信干噪比

2)为每个D2D组用户选择候选蜂窝用户：判断是否大于蜂窝用户的信干噪比，如果大于则把蜂窝用户i添加到第j个D2D组的候选蜂窝用户集中；

3)为每个D2D组分配最优的子信道；

4)构建以最大化D2D用户的能量效率为目标的优化函数：

优化函数为：

约束条件为和

其中蜂窝用户在各个子信道上的发射功率均为P_c，每个D2D组中D2D发射端的发射功率为P_D，P₀为功率损耗，g_i,B表示蜂窝用户i与基站之间的信道增益，g_j,1和g_j,2分别表示第j个D2D组中D2D发射端与D2D接收端1和D2D接收端2之间的信道增益，和分别表示蜂窝用户i和与之共用子信道的第j个D2D组中接收端1和接收端2之间的信道增益，h_j,B表示第j个D2D组中发射端与基站间的信道增益，σ²表示各个用户接受到的高斯白噪声，x_i,j∈{0,1}为子信道分配的指示变量，若x_i,j为1则表示第j个D2D组复用第i个蜂窝用户的子信道，反之，x_i,j为0表示不复用，表示各个蜂窝用户的信干噪比阈值，和表示各个D2D组中强弱用户的信干噪比阈值，σ²是高斯白噪声；

为了区分D2D组中的两个接收端，将D2D发射端与接收端之间信道增益大的用户称为强用户，信道增益小的用户称为弱用户，假设g_j,1＞g_j,2，即接收端1为强用户，接收端2为弱用户，分配给强用户的功率为分配给弱用户的功率为

5)将得到的子信道分配结果x_i,j代入优化函数，由于D2D组中强弱用户所分配的功率和一定，因此可以将原优化函数中的与转化为一个未知量，引入功率分配因子ε，定义则根据优化条件得到构建步骤4中优化函数的拉格朗日乘子式：

其中λ₁和λ₂为拉格朗日乘子，对该拉格朗日乘子式进行求导，得到两种功率分配因子和

6)对各个D2D组中强弱用户进行功率分配；

所述步骤3中利用匈牙利算法为每个D2D组分配最优的子信道，具体步骤如下：

3.1)计算每个D2D组j与其对应的候选蜂窝用户集中复用不同蜂窝用户子信道所对应的能量效率；

3.2)比较得出每个D2D组中复用子信道后的最大能量效率，将其与之前所得的各个能量效率值的差值作为D2D组j与蜂窝用户i的权重e_j,i；

3.3)将得到的权重e_j,i代入到KM算法中，得到每个D2D组所分配的蜂窝用户；

所述步骤6的具体步骤如下：

6.1)区分强弱用户，如果在第j个D2D组中g_j,1＞g_j,2，则拥有信道增益g_j,1的用户为强用户，分配低功率此时发送给另一个接收端的功率为

6.2)根据第j组中的计算得到和按照步骤6.1分配给第j个D2D组中的强弱用户，得到此时D2D组j的能量效率同理，将代入得到对应的能量效率

6.3)比较与根据能量效率较大者所对应的功率分配因子计算得到每个D2D组中强弱用户所要分配的功率。