[发明专利]一种基于D2D-U通信的自适应半分布式资源分配方法

说明书

本发明提供一种基于D2D‑U通信的自适应半分布式资源分配方法，包括基站初始化；D2D‑U对初始化；将所述授权信道上的同信道干扰约束广播给所有D2D‑U对；在所述每个D2D‑U对处进行资源分配目标函数的转换；每个D2D‑U对利用分布式算法进行求解；根据所述D2D‑U对之间传输的辅助参数，对转换后的资源分配目标函数进行求解，获得最优纳什均衡解；利用在D2D‑U对之间传输的辅助变量，使得D2D‑U对无需知道其他D2D‑U对的目标函数和具体资源分配策略，无需获取系统内部全部的CSI信息，就能得到使得系统达到纳什均衡的本地资源分配策略，在每个D2D‑U处其目标函数不仅与本地资源分配策略有关，还与其他D2D‑U对的资源分配策略相关，提升了系统的能量效率。

技术领域

本发明涉及无线通信系统领域，尤其涉及一种基于D2D-U通信的自适应半分布式资源分配方法。

背景技术

随着科技的进步，人工智能、物联网以及大数据等技术迅速发展，对移动通信流量的需求呈爆炸式增长，与此同时，由于移动设备数量的急剧增加，其能量消耗呈指数式增长，导致环境恶化、温室效应加剧。这给未来的无线通信技术带来了资源、速率和能耗的多重挑战。

在下一代无线通信技术中，设备到设备（Device-to-Device，D2D）通信技术在不借助基站的情况下在相近的终端之间进行直接通信，是一种能够有效提升频谱效率、系统吞吐量并减轻基站负荷的方法，被视为第五代（the 5th Generation，5G）移动通信系统中提高频谱效率的关键技术之一。与此同时，免授权频段尤其是5GHz频段尚未被充分利用，是在当今无线频谱资源稀缺的情况下的一个很好的选择。因此,免授权频段的D2D通信（D2DCommunication in Unlicensed Spectrum，D2D-U）的概念被提出，D2D-U技术不仅在授权频段进行D2D传输，同时可以借助免授权频段进行传输。

对于D2D-U技术，其在免授权频段与其他免授权频段的通信系统例如WiFi网络的和谐共存，是首先需要考虑的问题。此外，D2D-U系统不仅对免授权频段有影响，传统的5GNR（New Radio）系统中的每一个授权子信道也都将受到D2D链路的干扰，这将严重影响NR用户在授权频段上的数据传输。由于D2D传输不经过基站，其结构具有分布式的特点，因此针对D2D-U传输的资源分配算法，也应该考虑分布式结构的设计。

在D2D-U系统中，由于通信终端的能耗的问题，除了频谱效率以外，通过资源分配提升能量效率（Energy Efficient，EE）也十分重要。目前有很多工作针对提升传统D2D通信系统中能量效率的资源分配方法进行研究，包括得到最优资源分配的集中式算法方法，通过将优化问题转化为两步分别进行求解以得到一个近似的解。但是这些方法并没有考虑D2D-U的场景，未涉及到免授权频段的工作，并且没有考虑信道状况信息CSI（ChannelState Information）变化的情况。且由于D2D-U通信系统的分布式结构，在每个D2D-U对处无法得到其他D2D-U的信息，因此现有的分布式方法较难考虑全局EE的优化。因此，需要一种针对D2D-U场景，具有分布式结构、具有自适应性的提升系统能量效率的资源分配方法。

发明内容

本发明的目的是针对D2D-U通信系统中终端的能耗问题，提供一种基于D2D-U通信的自适应半分布式资源分配方法，以提升系统的能量效率。

自适应半分布式资源分配方法的步骤如下：

步骤（1），基站初始化；所述基站获取基站覆盖范围内的用户数目，为所述基站分配一预设工作模式，对D2D-U进行配对，共形成K个D2D-U对；

步骤（2），D2D-U对初始化；获取每个D2D-U对可用于传输的授权信道和免授权信道的信息，得到所述每个D2D-U对在所述免授权信道上可使用的最大时隙资源，获取信道状况信息CSI，获取所述每个D2D-U对的资源分配目标函数和约束条件；