[发明专利]基于频谱分配与功率控制的多用户D2D通信资源分配方法

权利要求书

1.一种基于频谱分配与功率控制的多用户D2D通信资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)计算共享同一频谱资源后D2D用户j的信干噪比与蜂窝用户i的信干噪比假设蜂窝网络与D2D通信共享频谱的异构网络中有N个蜂窝用户和M对D2D用户，且N≥M，蜂窝用户集用N＝{1,2,…,n}表示，D2D用户的用户集用M＝{1,2,…,m}表示，则共享同一频谱资源后D2D用户j的信干噪比与蜂窝用户i的信干噪比分别为：

其中，表示蜂窝用户i的发射功率，h_i,B表示蜂窝用户i到基站的信道增益，表示D2D用户j发射端的发射功率，h_j,B表示D2D用户j发射端到基站的信道增益，h_j表示D2D用户j发射端到接收端的信道增益，h_i,j表示蜂窝用户i到D2D用户j接收端的信道增益，N₀表示加性高斯白噪声的功率谱密度；

2)判断D2D用户j能否复用与蜂窝用户i的频谱资源：判断D2D用户j能否复用蜂窝用户i的频谱资源的判定准则为：

其中，γ_th为D2D用户与蜂窝用户各自能成功建立通信链路所必须满足的最低SINR，为D2D用户发射端的最大发射功率，若满足上式，则D2D用户j可以复用蜂窝用户i的频谱资源，依据判定准则可以得到D2D用户j可复用的蜂窝用户集合；

3)计算D2D用户与可复用蜂窝用户之间的干扰系数：依据步骤2)得到的D2D用户j可复用的蜂窝用户集合，计算系统中所有D2D用户与蜂窝用户之间的干扰系数，干扰系数的定义为：

其中，h_j,B与h_i,j原本分别表示D2D用户j发射端到基站的信道增益和蜂窝用户i到D2D用户j接收端的信道增益，但是当D2D用户j与蜂窝用户i共同使用同一上行链路后，其信道增益就会变成干扰噪声增益，如果干扰噪声增益过大就会降低D2D用户与蜂窝用户的SINR；因此，在D2D用户选择复用的蜂窝用户时，应选择干扰噪声增益较低的蜂窝用户；然而，仅依据干扰噪声增益并不足以全面衡量所选择信道的优劣；为此，添加蜂窝用户i到基站的信道增益h_i,B与D2D用户j发射端到任意D2D用户接收端的信道增益h_j生成干扰系数来综合考虑所选信道的优劣；干扰系数越小，所选信道便越优；

4)D2D用户选择蜂窝用户的频谱资源进行复用，使系统的干扰系数最小：D2D用户选择所复用的蜂窝用户的策略为：

1-4)判断是否存在未分配频谱资源的D2D用户，如果存在，进入步骤2-4)，如果不存在，进入步骤8-4)；

2-4)找出可复用蜂窝用户数目最少的D2D用户组Y；

3-4)判断D2D用户组Y中的个数是否为1，若为1，进入步骤4-4)，否则，进入步骤5-4)；

4-4)将可复用蜂窝用户集中干扰系数最小的蜂窝用户与该D2D用户匹配；

5-4)将Y中D2D用户与其可复用蜂窝用户之间的干扰系数组合成干扰系数矩阵；

6-4)运用图论中匈牙利算法完成蜂窝用户与D2D用户的匹配，使矩阵中干扰系数和最小；

7-4)将已配对的蜂窝用户从未完成匹配D2D用户的可复用蜂窝集中剔除，并更新x_i,j，返回步骤1-4)；

8-4)完成蜂窝用户与D2D用户的配对；

5)在满足D2D用户与蜂窝用户最低SINR的前提下求出D2D用户的最优发射功率：在D2D用户与蜂窝用户完成匹配之后，求出D2D用户的最优发射功率以最大化系统的吞吐量，最优功率的判定准则为：

其中，表示蜂窝用户i的吞吐量，表示D2D用户j的吞吐量，系统的总吞吐量为蜂窝用户吞吐量与D2D用户吞吐量的和，为了满足蜂窝用户与D2D用户能够正常通信并保证双方各自的通信质量，因此蜂窝用户与D2D用户必须同时大于最低SINR，由此可以得到D2D用户发射端的发射功率范围为：

而可以等价于系统的总吞吐量为关于D2D发射功率的凸函数，存在一个驻点且满足因此，最优发射功率存在于D2D发射功率范围的边界，将D2D发射功率的边界值代入系统吞吐量进行计算，得到系统吞吐量最大的功率值即为最优功率

6)将得到的最优功率代入公式计算系统的总吞吐量。