[发明专利]一种基于蜂窝D2D通信系统的联合资源公平分配方法

说明书

本发明涉及一种基于蜂窝D2D通信系统的联合资源公平分配方法，通过调节参数α的取值来实现D2D用户之间不同程度的公平性，α的取值越大D2D用户之间的公平性越好。本发明在保证一定D2D用户速率公平的情况下，兼顾蜂窝系统速率服务质量的要求，提出了有效的资源分配策略，实现了频谱、资源的有效利用。

技术领域

本发明涉及一种基于蜂窝D2D通信系统的联合资源公平分配方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着智能终端的普及以及移动互联网业务的日益丰富，庞大的数据传输量、丰富的业务，导致蜂窝通信网络中的基站负担越来越重。为了降低基站的负荷，终端直通(Device-to-Device,D2D)技术被引入蜂窝通信系统。由于对大容量和高质量的多媒体服务需求的增长，无线通信系统必须满足链路高负载以及频谱资源高利用率的要求。终端直通技术可以在频谱资源有限的条件下潜在提高蜂窝系统的吞吐量，并达到高速率传输的要求。

最近有很多学者来研究D2D通信，但是没有考虑到蜂窝D2D系统下在保证D2D用户速率公平的情况下联合资源分配的情况。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于蜂窝D2D通信系统的联合资源公平分配方法，以提高频谱的利用率，并且兼顾了D2D用户之间的公平性。

为了获得D2D用户之间速率的公平性同时兼顾系统的总速率，本申请在保证蜂窝网络速率服务要求的同时，优化D2D子系统和蜂窝用户的功率分配与资源块的分配，最终实现D2D用户速率的公平性分配。

本发明的技术方案为：

一种基于蜂窝D2D通信系统的联合资源公平分配方法，

所述蜂窝D2D通信系统包括基站、I个蜂窝用户、D2D设备，

i表示第i蜂窝用户，i∈C，蜂窝用户表示为集合C＝{1,2,...,I}；

D2D设备包括J个D2D用户对，每个D2D用户对包括一个发射端PT和一个接收端PR，j表示第j个D2D用户对，j∈D，D＝{1,2,...,J}；

所述蜂窝D2D通信系统包括两种通信，即基站和蜂窝用户之间的传统的蜂窝通信、D2D用户对之间的直接通信；

基站作为中央控制者，拥有全部链路的完整信道状态信息，即在理想的信道状态信息下负责功率的协调和资源块的分配；

在该通信系统中，每个蜂窝用户占有一个特定的资源块(RB)，基站利用第i个资源块将信息传输到第i个蜂窝用户，D2D用户通过重用蜂窝用户的资源块进行D2D之间的通信，并且在通信过程中假设每个资源块只能被一个D2D用户对重用而同一个D2D用户对可以重用多个蜂窝用户的资源块。令资源重用因子y_j,i表示资源块的分配情况，当y_j,i＝1时，表示第j个D2D用户对重用第i个蜂窝用户的资源块；反之，当y_j,i＝0时，表示D2D用户对不重用第i个蜂窝用户的资源块；由于蜂窝用户和D2D用户共用一个资源块，在进行通信时会产生干扰，当进行基站通信时会对共用同一个资源块的D2D用户的接收端产生干扰，当进行D2D用户对之间的直接通信时会给共用资源块蜂窝用户带来干扰。设g_i、g_j,i分别为基站到第i个蜂窝用户之间的信道功率增益、第j个D2D用户对在重用第i个蜂窝用户的资源块时发射端PT到接收端PR的信道功率增益；g′_i,j、g′_j,i分别表示为基站对第j个D2D用户对在重用第i个蜂窝用户资源块时的信道干扰增益、第j个D2D用户对的发射端PT对第i个蜂窝用户产生单位干扰信道增益；包括：

(1)计算每个蜂窝用户的信息传输速率：

基站通过资源块将信息传输到第i个蜂窝用户，此时第i个蜂窝用户的瞬时信息传输速率r_i如式(I)所示：