[发明专利]基于NOMA的D2D通信联合子信道与功率分配方法

说明书

本发明公开了一种基于NOMA的D2D通信联合子信道与功率分配方法，依次包括计算每个蜂窝用户被各个D2D组复用后的信噪比、为每个D2D组用户选择候选蜂窝用户、为每个D2D组分配最优的子载波、构建以最大化D2D用户的能量效率为目标的优化函数、将得到的信道分配结果x_i,j代入优化目标和对各个D2D组中强弱用户进行功率分配。本发明针对D2D通信用户与蜂窝用户之间存在的同道干扰以及D2D组内基于NOMA准则的功率分配问题，构建以D2D用户总能量效率最大为优化目标的优化问题，采用信道分配和功率分配分步进行的方式进行处理。该方法首先采用匈牙利算法为每个D2D组分配信道，然后运用KKT(Karush‑Kuhn‑Tucker)最优约束条件推导得各个D2D组内功率分配方案，从而实现D2D用户总能量效率最大。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于NOMA的D2D通信联合子信道与功率分配方法。

背景技术

随着近年来智能移动化设备得爆炸式增长以及人们对各种各样多媒体应用的需求不断增加，传统蜂窝网络受到了极大的挑战。Device-to-Device(D2D)技术作为第五代移动通信的关键技术之一，它允许通信网中临近设备之间进行直接通信而不需要通过核心设备或中心设备等基础设施的帮助，从而大大降低通信系统核心网络的数据压力。NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术能够通过功率分配和串行干扰消除(SuccessiveInterference Cancellation,SIC)技术使得多个用户共享同一资源，如时间、频率等资源，从而极大得提升系统的吞吐量和能量效率。因此，将D2D与NOMA技术相结合,可以更好得部署未来系统，提升用户服务质量。

然而，D2D通信也对现有蜂窝网络中带来了不可避免的干扰，因此，协调D2D系统与蜂窝系统之间的干扰来保证通信系统中各个用户的最小服务质量成为了D2D技术应用过程中亟待解决的关键问题。此外，合理得进行功率分配才能满足应用NOMA技术的条件同时减少用户间的干扰。考虑到D2D技术与NOMA技术的优点，近年来，已经有学者开始将NOMA技术应用到D2D通信系统中。目前已经提出了应用NOMA技术的“D2D组”的新型场景，在每个D2D组中D2D用户发射端可采用NOMA技术同时与两个接收端进行通信。也有考虑将多个蜂窝用户通过NOMA方式复用同一个子信道，首先根据连续干扰消除解调顺序的限制条件推导出蜂窝用户的功率，然后通过对偶迭代算法给D2D用户分配合适的蜂窝用户资源，最终实现D2D对的总速率最大。然而这些研究刚刚开始，还未深入且现有的文献中并没有分析应用NOMA技术下的D2D通信系统中的能量效率问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于NOMA的D2D通信联合子信道与功率分配方法，首先考虑在保证蜂窝用户通信质量的前提下运用匈牙利算法为各个D2D组分配相应蜂窝用户的子信道，然后在保证各个D2D组中D2D用户的通信质量以及发射功率受限的前提下，运用KKT条件推导出最优的功率分配方案，最终实现D2D用户能量效率最大。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于NOMA的D2D通信联合子信道与功率分配方法，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，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；