[发明专利]D2D系统中基于能量采集的功率控制和信道分配方法

说明书

本发明公开了一种5G D2D系统中基于能量采集的功率控制和信道分配方法，该方法首先根据D2D用户之间的信道增益比值构建干扰权重图，依据干扰权重图将D2D用户分簇使得同一簇内D2D用户的共信道干扰最小；然后将同一簇内的D2D用户建模为非合作博弈，通过构建拉格朗日函数和利用KKT条件推导出D2D用户发送功率和采集时间的最优表达式，通过联合迭代优化的方法为D2D用户分配最优发送功率和采集时间；最后根据每个D2D簇分别复用每个蜂窝用户信道资源时的容量，利用KM算法以最大化D2D用户总容量为目标为D2D簇分配信道。本发明同时考虑共信道干扰和采集能量的限制，能量分配更加优化合理，为蜂窝用户分配功率时考虑蜂窝用户的最小信干噪比要求，有效降低了功率消耗。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种应用在第五代移动通信网络的D2D系统中的基于能量采集的功率控制和信道分配方法。

背景技术

随着智能移动终端设备数量地增多，更多的用户需要接入无线通信网络，然而频谱资源是有限的，如何利用有限的频谱资源使得更多的用户可以进行无线通信成为急需解决的问题。考虑用户之间进行信息共享的业务越来越多，地理位置较近的用户之间产生的数据流量显著增多，D2D通信在第五代移动通信网络中作为关键技术之一被提出，通过解决近距离用户的通信在很大程度上缓解了频谱资源短缺问题。

D2D通信允许两个物理距离较近的用户终端之间建立直接通信链路而不需要经过基站或其他核心网络，复用蜂窝网络的授权频段进行点到点通信。由于共享频谱资源，D2D通信允许更多的用户终端接入到网络中，可以有效提高频谱利用率；相比于传统蜂窝通信，D2D通信不需要经过基站或者其他核心网络，可以减小端到端的传输延迟、提高数据传输速率和减轻基站或其他核心网络的工作负荷；近距离通信时，路径损耗较小，终端设备的发送功率也较小，可降低用户的能量损耗。考虑D2D用户的发送功率较小，可以将D2D通信与能量采集技术相结合，基于能量采集的D2D通信设备可从周围环境射频信号中采集能量，解决设备能量供给的问题。

但是，由于D2D通信与传统蜂窝通信使用相同频谱资源，D2D用户与蜂窝用户存在层间干扰，如果某一蜂窝用户的频谱资源被多对D2D用户复用，则D2D用户对之间也存在层内干扰。因此，在蜂窝用户和D2D用户共存的混合网络中干扰管理成为一个很重要的问题。另外，由于环境的不确定性，能量采集也成为资源分配中的重要考虑因素。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种应用在5GD2D系统中的基于能量采集的功率控制和信道分配方法，通过优化D2D用户的发送功率和能量采集时间以及蜂窝用户的发送功率、为D2D用户分配合理的信道资源，提高D2D用户的总容量。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种5G D2D系统中的基于能量采集的功率控制和信道分配方法，具体包括以下步骤：

1)用C＝{1,2,...,i,...,M}、D＝{1,2,...,j,...,N}和DR＝{1,2,...,k,...,K}分别表示蜂窝用户集、D2D用户集和复用蜂窝用户i信道资源的D2D用户集，其中M表示系统中蜂窝用户数，N表示系统中D2D用户对数，K表示复用蜂窝用户i信道资源的D2D用户对数；

2)根据D2D用户间的信道增益计算D2D用户间的干扰权重及每个D2D用户的干扰权重和，以最小化D2D用户间的共信道干扰为目标利用启发式动态分簇方法将N个D2D用户分为M个D2D簇，用DC＝{1,2,...,m,...M}表示D2D簇集；

3)初始化t_j,i＝2，其中为D2D簇m复用蜂窝用户i的信道资源时的最大簇容量，为D2D簇m内D2D用户j(1≤j≤K)的发送功率，变量θ_j,i表示D2D发送端的能量采集时间；

4)计算D2D用户的发送功率和信息传输时间变量；