[发明专利]毫米波蜂窝网络中基于D2D辅助的资源分配方法

权利要求书

1.一种毫米波蜂窝网络中基于D2D辅助的资源分配方法，包括如下步骤：

S1.获取毫米波蜂窝网络的网络通信参数；

S2.建立接入与回程资源联合分配优化子问题；具体为采用如下模型作为接入与回程资源联合分配优化子问题：

式中t^ta为含有元素的1×M维矩阵；p^u为含有元素和的1×N^tra维矩阵；为第m个SBS的接入传输时间；为第n个UE到第m个SBS的接入链路或第n个UE到第r个中继UE的D2D链路的传输功率；为第r个中继UE的转发功率；E_f为中间能量效率，且为第m个SBS的接入吞吐量，为第m个SBS的索引号；为第m SBS在时间段中的接入链路吞吐量，且W为带宽；N_m为与第m个SBS关联的UE节点的集合；sgn(D_n)为符号函数，且当D_n＞0时sgn(D_n)＝1，D_n＝0时sgn(D_n)＝0，D_n＜0时sgn(D_n)＝-1；D_n为第n个UE是否选择D2D通信的标志变量，若取1，则表示第n个UE是选择了D2D通信，若取0，则表示它没有选择D2D通信；R^m为第m个SBS覆盖区内所有中继UE的集合；为在时间段中，第n个UE到第m个SBS的接入链路在每个时间片的时间段中的信号干扰噪比值估算值，且为第n个UE到第m个SBS的链路的发射增益；为第n个UE到第m个SBS的链路的信道增益；为第n个UE到第m个SBS的链路的接收增益；为第n个UE到第m个SBS的接入链路中，在时间段中，受到除列表L中索引小于i的SBS外的所有剩余SBS的接入链路的干扰，且列表L为所有的SBS的接入传输时间按照从小到大的顺序重新排列得到后，所对应的SBS的索引列表；M_i为在列表L中索引小于i的所有SBS的集合；N_m'为所有与第m'个SBS连接的UE的集合；为第n'个UE到第m个SBS的接入链路或第n'个UE到第r个UE的D2D链路的传输功率；为第n'个UE到第m个SBS的链路的发射增益；为第n'个UE到第m个SBS的链路的信道增益；为第n'个UE到第m个SBS的链路的接收增益；为第n个UE到第个m SBS的接入链路中，在时间段中，受到列表L中索引小于i的所有SBS的回程链路的干扰，且为第m'个SBS在回程链路上的发射功率；为第m'个UE到第m个SBS的链路的发射增益；为第m'个UE到第m个SBS的链路的信道增益；为第m'个UE到第m个SBS的链路的接收增益；为任意一个第m'个SBS，m'∈M\M_i，在每个时间片的时间段中，受到的除列表L^m'中索引小于j的所有其它属于集合R^m'的中继UE的D2D链路对从第n个UE到第m个SBS的接入链路造成的干扰，且为任意一个第m'个SBS，m'∈M\M_i，在每个时间片的时间段中，列表L^m'中索引小于j的所有属于集合R^m'的中继UE的转发链路会对从第n个UE到第m个SBS的接入链路造成的干扰，且为与第m'个SBS相连并在列表L^m'中索引小于j的中继UE的集合；为r'个中继UE的发射功率；为第r'个UE到第m个SBS的链路的发射增益；为第r'个UE到第m个SBS的链路的信道增益；为第r'个UE到第m个SBS的链路的接收增益；N₀为背景噪声功率谱密度；为第m个SBS，在时间段中的接入路径的吞吐量，且为与第m个SBS连接的第r个中继UE的D2D链路的吞吐量，且为第m个SBS覆盖区内第r个中继UE的索引号；为每个时间片的时间段中，从第n个UE到第r个UE的D2D链路的SINR值，且为第n个UE到第r个UE的链路的发射增益，且为第n个UE的波束宽度；ξ为旁瓣增益；为第n个UE的发射波束中心线与从第n个UE到第r个UE的连线之间的夹角；为第n个UE到第r个UE的链路的信道增益，且为对应链路的振幅，且λ为波长；δ()为狄拉克三角函数；τ_n,r为对应链路的传输延迟，且d_n,r为第n个UE到第r个UE的距离；c为光速；为第n个UE到第r个UE的链路的接收增益，且为第r个UE的波束宽度；为第r个UE的接收波束中心线与从第n个UE到第r个UE的连线之间的夹角；为在每个时间片的时间段中，从第n个UE到第r个中继UE的D2D链路受到的来自接入链路的干扰，且为第n'个UE到第r个UE的链路的发射增益；为第n'个UE到第r个UE的链路的信道增益；为第n'个UE到第r个UE的链路的接收增益；为在每个时间片的时间段中，从第n个UE到第r个中继UE的D2D链路受到的来自D2D链路的干扰，且为第m'个UE到第r个UE的链路的发射增益；为第m'个UE到第r个UE的链路的信道增益；为第m'个UE到第r个UE的链路的接收增益；为在每个时间片的时间段中，从第n个UE到第r个中继UE的D2D链路受到的来自转发链路的干扰，且为第n'个UE到第r个UE的链路的发射增益；为第n'个UE到第r个UE的链路的信道增益；为第n'个UE到第r个UE的链路的接收增益；为在每个时间片的时间段中，从第n个UE到第r个中继UE的D2D链路受到的来自回程链路的干扰，且为第r'个UE到第r个UE的链路的发射增益；为第r'个UE到第r个UE的链路的信道增益；为第r'个UE到第r个UE的链路的接收增益；为与第m个SBS连接的第r个中继UE的转发链路的吞吐量，且为第m个SBS覆盖区内第r个中继UE的索引号；为在每个时间片的时间段中第r个UE到第m个SBS的转发链路的SINR估算值，且为第r个UE到第m个SBS的转发链路的发射增益；为第r个UE到第m个SBS的转发链路的信道增益；为第r个UE到第m个SBS的转发链路的接收增益；为在每个时间片的时间段中，第r个中继UE到第m个SBS的转发链路受到的来自接入链路的干扰，且为第n'个UE到第m个SBS的链路的发射增益；为第n'个UE到第m个SBS的链路的信道增益；为第n'个UE到第m个SBS的链路的接收增益；为在每个时间片的时间段中，第r个中继UE到第m个SBS的转发链路受到的来自D2D链路的干扰，且为第m'个UE到第m个SBS的链路的发射增益；为第m'个UE到第m个SBS的链路的信道增益；为第m'个UE到第m个SBS的链路的接收增益；为在每个时间片的时间段中，第r个中继UE到第m个SBS的转发链路受到的来自转发链路的干扰，且为第n'个UE到第m个SBS的链路的发射增益；为第n'个UE到第m个SBS的链路的信道增益；为第n'个UE到第m个SBS的链路的接收增益；为在每个时间片的时间段中，第r个中继UE到第m个SBS的转发链路受到的来自回程链路的干扰，且为第r'个UE到第m个SBS的链路的发射增益；为第r'个UE到第m个SBS的链路的信道增益；为第r'个UE到第m个SBS的链路的接收增益；为在一个调度周期内，第m个SBS的接入链路的能量消耗，且为第m个SBS的接入传输时间；P_RF为射频链的能量消耗；为在一个调度周期内，第m个SBS的接入路径的能量消耗，且为在一个调度周期内，第m个SBS的回程链路的能量消耗，且为第m个SBS在回程链路上的发射功率；Q_ts为单个调度周期的时间片数量；

S3.建立D2D接入与转发链路资源联合分配优化子问题；具体为采用如下模型作为接入与回程资源联合分配优化子问题：

式中t^D2D为包含元素的1×R维矩阵；pp^u为包含元素对的2×R维矩阵；E_r为所有接入路径的平均吞吐量，且为D2D接入吞吐量，且为与第m个SBS连接的第r个中继UE的D2D链路的吞吐量，且为在一个调度周期内，第m个SBS的接入链路的回程链路的能量消耗，且约束C2.1指定了每个中继UE的可用接入传输时间集合；约束C2.2和C2.3分别指定了每个源UE和中继UE的可用传输功率集合；约束C2.4指定了每条接入路径的D2D接入吞吐量不会超过转发吞吐量；Q^ra为单个时间片中的小时间片数量；p^su为源UE的传输功率集合；

S4.采用博弈模型对步骤S2和步骤S3得到的子问题进行建模；

S5.对步骤S4建立的博弈模型进行求解，从而得到最终的毫米波蜂窝网络中基于D2D辅助的资源分配结果。