[发明专利]一种超密集场景下的D2D通信信道分配方法

说明书

本发明提出了一种超密集场景下的D2D通信信道分配方法，步骤为：构建D2D通信系统模型；根据蜂窝用户的QoS需求及传输性能确定信道分配优先级；蜂窝用户遍历所有离散的发射功率及信道最大可复用D2D用户数目；确定D2D用户的分配优先级；执行D2D用户信道分配，将D2D用户按照分配优先级顺序分配给蜂窝用户信道，直到分配的D2D用户达到信道最大可复用D2D用户数目；比较系统性能收益，确定信道分配方案与蜂窝用户功率选择；剔除已完成信道分配的D2D用户和相应信道，更新队列，遍历所有信道，输出信道分配结果。本发明可以在D2D用户数目远大于网络可用信道数目的情况下，简单快速地实现超密集场景下的D2D通信信道分配，同时能够提升D2D用户的接入率与系统频谱效率。

技术领域

本发明涉及移动通信系统资源管理的技术领域，尤其涉及一种超密集场景下的D2D通信信道分配方法。

背景技术

随着互联网业务的快速发展，移动数据量呈现爆炸性增长，使得移动通信系统面临更加严峻的挑战。在工业物联网领域，以智能制造、工业机器人、无线传感器网络等为代表的海量移动智能终端广泛使用。此外，联网无人机、智能家居、自动驾驶、智慧城市、移动可穿戴设备等新兴技术也将在未来几年中大规模应用。以上种种新应用都要求移动通信网络具有更高的频谱效率、更低的传输时延、更多的设备连接数目以及更高的传输能效。数据直通(device-to-device，D2D)通信作为短距离无线通信技术，允许距离较近的用户直接进行数据通信，而不再通过基站的转发。相比传统蜂窝网络技术依靠上下行转发的模式，D2D通信具有传输距离短、路径损耗小、可以获得更高的信道增益和更快的传输速率等优点，使得D2D通信在应对未来移动通信网络对于高能效、高谱效、高单位面积节点接入数目以及低时延的业务需求时具有广阔的应用前景，被认为是未来移动通信系统中的关键技术之一。

当移动通信系统中等待建立数据传输的用户远大于资源池中可用信道数时，即超密集场景，此时基站无法为多数用户提供业务传输，待传输用户可以采用D2D通信技术建立连接，并通过复用已有蜂窝用户的信道资源接入网络。由于该超密集场景下D2D用户数目远大于系统可用信道数，一对D2D用户单独复用一个蜂窝用户的信道无法解决D2D用户的接入率问题，需要采用多对D2D用户同时复用一个蜂窝用户的信道，即多对一复用模式。然而，由于超密集场景下使得蜂窝用户受到来自多个不同的D2D用户的跨层干扰，作为主用户的蜂窝用户的服务质量(quality of service,QoS)需求无法得到保障，因此需要为D2D用户设计合理的信道分配方法，以保证蜂窝用户不至于受到更多的跨层干扰，同时发挥D2D通信所带来的性能优势，提升系统频谱效率以及D2D用户的接入率。本发明主要涉及移动通信系统资源管理领域的研究，具体研究一种超密集场景下的D2D通信信道分配方法。

目前，国内外学者在超密集场景下的D2D通信信道分配方法进行了一定的研究。授权号为CN 106954269 B的专利提出了一种基于QoS的分簇信道分配方法，该方法首先构建D2D用户间的干扰图，利用图着色理论为D2D用户进行信道分配，并在此基础上为D2D用户分簇，位于同一簇内的D2D用户可以共享蜂窝用户的信道。但是这种方法在信道分配过程中需要不断添加边来去除干扰最大的D2D用户，在超密集场景下计算量过大。在期刊《IEEETransactions on Wireless Communications》第1期第16卷中，由Yuan Liu发表的“Interference-constrained pricing for D2D networks”一文中，作者提出将超密集场景下的D2D通信资源分配问题建模为一个斯塔克伯格博弈，假设基站作为博弈的领导者，通过为每个蜂窝用户的信道设定干扰价格，发布给D2D用户，D2D用户则通过观察复用信道的干扰价格，调整自身在蜂窝用户信道上的发射功率。然而上述方法仅适用于平坦衰落信道环境，在频率选择性信道环境下无法实现信道分配。在《华南理工大学学报(自然科学版)》第1期第43卷中，由兰冰发表的“高密度D2D用户的潜在博弈资源分配算法”一文中，作者提出将D2D用户受到与产生的总干扰作为用户的效用函数，并以此来构造博弈模型，并指出该博弈模型为潜在博弈模型，同时进一步指出潜在博弈总会收敛于一个纳什均衡。

发明内容