[发明专利]一种基于社会关系的NOMA使能D2D通信资源博弈方法

说明书

本发明公开了一种基于社会关系的NOMA使能D2D通信资源博弈方法。该方法将资源分配建模为斯坦伯格博弈，D2D组内采用NOMA技术，实现一对二的数据通信，同时考虑蜂窝用户和D2D用户之间的社会关系因素，促进两者合作以提高系统吞吐量。具体步骤如下：分别定义蜂窝用户和D2D组的效用函数，博弈的领导层为蜂窝用户，从属层为D2D组；领导层通过KM算法对蜂窝用户和D2D组进行信道匹配，为D2D组分配信道；从属层通过基于罚函数的粒子群算法对D2D用户进行功率控制，实现功率的最优分配；设置历史信道分配集合，通过领导层和从属层之间的迭代得到斯坦伯格博弈均衡，根据均衡时的策略更新资源分配。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于社会关系的NOMA使能D2D通信资源博弈方法。

背景技术

随着移动设备数量和多媒体业务的快速增长，人们对于高速率数据流量的需求不断增加，使得频谱资源日益匮乏，核心网压力剧增。D2D通信是一种在蜂窝系统控制下，允许近距离终端用户通过共享小区资源进行直接通信的新技术。在蜂窝网络中引入D2D通信，可以减轻基站负担，减小通信时延。与传统蜂窝通信相比，D2D通信仅占用一半的频谱资源。而且近距离的D2D通信可以减小传输功率，节约能耗，增加手机的续航时间。因此D2D通信被认为是下一代移动通信的关键技术之一。

NOMA技术也是最近被广泛研究的热点之一。NOMA不同于传统的正交传输，在发送端采用非正交发送，主动引入干扰信息，利用不同用户的信号强度不同，使得用户能够利用串行干扰消除技术从混合信号中正确解调出发送给自身的信号，由此允许多个用户在时间和频率域共享相同的资源，从而提高系统吞吐量和能量效率。与正交传输相比，接收机复杂度有所提升，但可以获得更高的频谱效率。因此，将D2D与NOMA相结合可以大大提高移动通信系统的服务质量。

本发明针对NOMA使能的D2D通信系统，在蜂窝网络上行链路场景，将资源分配建模为斯坦伯格博弈，引入社会关系因素，分别定义蜂窝用户和D2D组的效用函数，博弈的领导层为蜂窝用户，从属层为D2D组。领导层通过KM算法对蜂窝用户和D2D组进行信道匹配，为D2D组分配信道，从属层通过基于罚函数的粒子群算法对D2D用户进行功率控制，从而实现各自效用最大化。

发明内容

本发明的目的是给出一种基于社会关系的NOMA使能D2D通信资源博弈方法，加强蜂窝用户和D2D用户之间的社会合作关系，同时保证所有用户的Qos，优化信道分配，实现功率控制，提高系统总吞吐量。

本发明的技术方案是：一种基于社会关系的NOMA使能D2D通信资源博弈方法，在保证所有用户通信质量的基础上，增强蜂窝用户和D2D用户之间的合作以提高系统吞吐量，其具体包括以下步骤：

(1)、定义蜂窝用户集合为{C₁,C₂,...,C_M}，每个蜂窝用户占用一个子信道，各子信道之间相互正交，子信道集合为{SC₁,SC₂,...,SC_M}，假设蜂窝用户C_m使用子信道SC_m，D2D组集合为{D₁,D₂,...,D_N}，一个D2D组由一个D2D发送端DT_n和两个接收端组成，假设蜂窝用户数量多于D2D组数量，D2D组内采用NOMA进行通信，D2D发送端DT_n的最大发送功率为P_d，功率分配系数设为α_n和β_n，α_n+β_n≤1，即在最大发送功率之内优化发送端发送信号给2个接收端时的功率，定义蜂窝用户和D2D用户之间的社会关系k∈{1，2}；

(2)、定义蜂窝用户效用函数相对蜂窝用户，加入D2D通信时激励来源于根据社会关系为D2D组分配功率后得到的报酬，损失为由于D2D产生的干扰会牺牲一部分的吞吐量；