[发明专利]FD-D2D基于信道分配与功率控制联合优化方法

说明书

本发明公开了一种FD‑D2D基于信道分配与功率控制联合优化方法，首先基于FD‑D2D用户到蜂窝用户的信道增益进行信道分配，在此基础上，通过一系列变换将待解的非凸问题转化为凸优化问题，由此得到FD‑D2D用户的最优发射功率。针对全双工设备直通通信中的干扰管理问题，在满足蜂窝用户的信干噪比要求的条件下，将干扰管理问题建模为最大化FD‑D2D用户总的吞吐量的问题，本发明在保证蜂窝用户性能的前提下，能够有效提高FD‑D2D用户的传输速率。

技术领域

本发明属于5G无线通信技术领域，具体涉及一种FD-D2D基于信道分配与功率控制联合优化方法。

背景技术

随着局域应用和智能终端的不断涌现，近距离移动数据业务迅速增多，FD-D2D技术被广泛的讨论和研究。FD-D2D通信重要的一个特点是FD-D2D用户数据不经过基站转发，而直接在FD-D2D用户终端之间传输，这不仅可以提高频谱利用率，还可以降低终端能耗。

全双工设备直通(FD-D2D,full duplex device-to-device)通信传输技术已成为下一代无线通信必不可少的技术之一。

为了减少蜂窝用户和FD-D2D用户之间的干扰，本发明在多对FD-D2D用户的场景中，联合优化蜂窝用户和FD-D2D用户的信道分配和发射功率，在满足蜂窝用户信干噪比要求的条件下最大化FD-D2D用户的传输速率。实际上，信道分配和功率控制相互耦合，并且信道分配属于组合优化问题，很难通过经典方法求解上述问题的最优解。

目前，现在的技术方案具有如下缺点：在当前的FD-D2D通信研究中，现今多数应用中的SINR模型仅针对单对FD-D2D用户的功率控制和信道资源分配，均没有考虑正交频分复用(OFDM,orthogonal frequency division multiplexing)系统中多对FD-D2D用为户对蜂窝用户的影响以及信道资源分配的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明针对全双工设备直通(FD-D2D,fullduplex device-to-device)通信中的干扰管理问题，提出了一种FD-D2D基于信道分配与功率控制联合优化方法，在满足蜂窝用户的信干噪比要求的条件下，将干扰管理问题建模为最大化FD-D2D用户总的吞吐量的问题，为求解上述问题，首先基于FD-D2D用户到蜂窝用户的信道增益进行信道分配，在此基础上，通过一系列变换将待解的非凸问题转化为凸优化问题，由此得到FD-D2D用户的最优发射功率。本发明在保证蜂窝用户性能的前提下，能够有效提高FD-D2D用户的传输速率。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：FD-D2D基于信道分配与功率控制联合优化方法，包括以下步骤：

1)求解小区中蜂窝用户与FD-D2D用户的信噪比；

2)求解FD-D2D用户的传输速率；

3)建立存在多对FD-D2D用户的优化模型；

4)将步骤3)中的优化模型拆分为功率控制和信道资源分配两个问题；

5)提出信道资源分配优化算法，根据蜂窝用户与FD-D2D用户的不同比例，将信道分配方式分为以下两种情况：

当M≥N时，M为蜂窝用户的数量，N为FD-D2D用户数量，通过以下步骤求解道资源分配：

第一步，所有FD-D2D用户可通过复用蜂窝用户链路进行通信，即：

第二步，遍历蜂窝小区中的所有的FD-D2D用户和蜂窝用户并计算对应的平均路径增益即：