[发明专利]一种基于上下行频谱联合复用的D2D资源分配方法

权利要求书

1.一种基于上下行频谱联合复用的D2D资源分配方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1：对D2D信道分配变量和相关的约束条件进行建模；

步骤2：分别对复用模式下D2D用户和蜂窝用户的传输速率进行建模，以最大化D2D网络的吞吐量为目标，将D2D资源分配问题构建为混合整数非线性规划问题Φ；

步骤3：将问题Φ分解为两个子问题，即功率分配问题Φ¹和信道分配问题Φ²；

步骤4：利用拉格朗日对偶理论将问题Φ¹转化为凸优化问题，采用梯度下降算法求解D2D最优功率然后根据D2D用户和蜂窝用户功率间的关系式得到蜂窝用户最优发射功率P_i^*；

步骤5：将问题Φ¹的解代入到Φ中，得到问题Φ²，将其转化为二分图最大权匹配问题，然后利用Hopcroft-Karp算法进行求解，直到实现所有D2D用户的最佳信道资源分配，进而实现D2D网络吞吐量的最大化；

所述步骤5包括以下步骤：

步骤5.1：将问题Φ¹中求解得到的蜂窝用户功率最优值P_i^*和D2D用户功率最优值代入Φ中，问题Φ转化为信道分配问题Φ²；

步骤5.2：将问题Φ²转化为二分图最大权匹配的问题，然后采用Hopcroft-Karp算法进行D2D用户信道资源的分配；包括以下步骤：

步骤5.2.1：将蜂窝链路与D2D用户间的资源分配关系转化为无向加权二分图并令L_ij表示D2D用户D2Dj复用的信道集合、|L_ij|已获得信道，令q_j表示允许D2Dj复用的信道数；令a存储所有D2D用户选择的信道；

步骤5.2.2：对|L_ij|进行初始化即|L_ij|＝0，对进行初始化即a＝0；

步骤5.2.3：判断集合中是否还有未分配信道的D2D对；若存在则执行步骤5.2.4，否则步骤5.2.8；

步骤5.2.4：判断|L_ij|是否小于q_j，若小于成立则执行步骤5.2.5，否则执行步骤5.2.6；

步骤5.2.5：采用Hopcroft-Karp算法为D2D用户分配信道，并将信道分配结果加入到集合L_ij中；

步骤5.2.6：判断L_ij集合中是否存在信道冲突即与同时存在，若存在冲突，则返回步骤5.2.8进行重新分配，否则执行步骤5.2.7；

步骤5.2.7：将此D2D对从集合中删除，并将L_ij添加到集合a中，返回步骤5.2.3；

步骤5.2.8：输出集合a。

2.根据权利要求1所述的一种基于上下行频谱联合复用的D2D资源分配方法，其特征在于，所述步骤1包括：

令和令分别表示D2D用户j复用蜂窝用户i的上行链路资源和下行链路资源，分别表示未复用蜂窝用户i的上行链路资源和下行链路资源；信道分配需要满足下面两个约束：

其中为D2D用户集合，q_j为D2D用户j能够复用的链路数目。