[发明专利]毫米波蜂窝网络中基于D2D辅助的资源分配方法

说明书

本发明公开了一种毫米波蜂窝网络中基于D2D辅助的资源分配方法，包括获取毫米波蜂窝网络的网络通信参数；建立接入与回程资源联合分配优化子问题和D2D接入与转发链路资源联合分配优化子问题；采用博弈模型对子问题进行建模；对建立的博弈模型进行求解得到最终的资源分配结果。本发明将资源分配优化问题分解成两个子问题来降低问题的复杂度，并将子问题分别构建成了新的非合作博弈并设计了算法进行求解；因此，本发明方法不仅能够实现毫米波蜂窝网络中基于D2D辅助的资源分配，而且方法复杂度较低，可靠性较高且效果较好。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种毫米波蜂窝网络中基于D2D辅助的资源分配方法。

背景技术

在第五代移动通信网络时代，移动数据流量呈指数增长。为了能够更好地应对这种增长，研究者们已经提出了许多方案来增加网络容量。进一步密集化部署毫米波频段的无线网络，并结合大规模多输入多输出技术与波束成形技术，可以提供一个能够实现每秒千兆比特吞吐量的技术方案。然而，由于毫米波信号传播的路径损耗大、易受阻挡影响等特性，增加了使用毫米波的相关方案来解决这个问题的难度。为了能够同时保证较高的网络容量和用户的一致性体验，需要密集部署毫米波网络基础设施以提高链路的LOS概率。但是由于网络密度的增加，有线光纤回程方案将变得不可行。其原因在于，密集的蜂窝网络需要大量回程，而使用有线光纤回程将会大大增加开销。在这样的情形下，无线自回程成为了一个极具吸引力的替代方案。在该方案中公共无线电频谱既用于接入传输也用于回程传输。因此可以减少甚至避免对有线回程的需求。

在带无线回程的超密集毫米波蜂窝网络中，由于接入链路与回程链路成对存在并且共用毫米波频段，因此会存在资源的竞争问题。如何合理地分配资源从而使得网络吞吐量或者网络能量效率尽可能高在近些年引起了许多研究者们的关注，其中也不乏对超密集毫米波网络中的资源分配方案进行研究的工作。但是，在接入端，由于用户设备(UserEquipment，UE)位置的随机性变动，NLOS(Non-line-of-sight，非视距)链路和LOS(Line-of-sight，视距)链路都可能存在。当遇到NLOS情况时，传输链路的能量效率将显著降低。然而，利用空闲的UE进行辅助，有可能用多段LOS链路构成的路径来替代NLOS链路，从而解决这个阻挡问题。被阻挡UE与空闲UE之间的通信模式即为D2D(Device-to-device，设备对设备)通信模式，其相关技术已成为下一代蜂窝网络中的一个关键技术，并且由于它固有的物理邻近性和频谱重用增益，使得它有缓解频谱的不足、降低能量消耗和减轻蜂窝通信的流量负担的作用。

虽然将D2D通信技术应用到带无线回程的超密集毫米波蜂窝网络之中具有潜在的发展前景，但是它也带来了新的问题。对于使用D2D通信的接入端而言，不同的资源分配结果对网络能量效率有着重大影响；而且，在引入D2D通信之后，无论是网络环境还是资源分配问题的复杂度都是有所增加。因此，如何在引入D2D通信技术后解决通信资源的分配问题，就成为了重中之重。

但是，目前的通信资源分配方案，其效果较为不理想，而且复杂性极高，严重影响了D2D通信技术在带无线回程的超密集毫米波蜂窝网络中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复杂度较低、可靠性较高且效果较为理想的毫米波蜂窝网络中基于D2D辅助的资源分配方法。

本发明提供的这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；

S3.建立D2D接入与转发链路资源联合分配优化子问题；

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。