[发明专利]一种D2D-U通信的混合接入方法

权利要求书

1.一种D2D-U通信的混合接入方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1:建立需要优化的目标函数；

S2:对DUTY-ON的D2D-U用户进行最优功率分配；

S3:对D2D-U用户的吞吐量进行排序，获得待接入到DUTY-OFF的D2D-U用户集合，以及可行解；

S4:计算最优的接入到DUTY-OFF的D2D-U用户数量；

S5:对DUTY-ON的用户进行功率再分配，根据设计的奖励函数公式计算占空比和吞吐量。

2.根据权利要求1所述的一种D2D-U通信的混合接入方法，其特征在于：在步骤S1中，在步骤S1中，首先我们初始化D2D-U的通信场景，考虑了多用户下LTE网络的单个小区上行链路场景，其中包括一个坐落在中央的LTE基站和一个拥有个用户的WiFiAP接入点，其中有N个蜂窝用户表示为和M对D2D用户表示为表示D2D对的发射端，表示D2D对的接收端。我们的目标是最大化D2D-U用户的总吞吐量，当D2D-U用户工作在DUTY-ON阶段，会对蜂窝和其他的工作在DUTY-ON的D2D-U用户产生干扰，当D2D-U用户工作在DUTY-OFF阶段，会对WiFi用户产生干扰。

工作在DUTY-ON的D2D-U用户的信噪比：

其中φ_m＝{0,1}表示为当φ_m＝0时，表示D2D-U用户工作在DUTY-OFF阶段；当φ_m＝1时表示D2D-U用户工作在DUTY-ON阶段。表示第m个D2D-U的发射和第i个蜂窝用户的发射功率，g_m,m g_j,m表示第m个D2D-U用户发射端到接收端的信道增益和第j个D2D-U发射端到第m对D2D-U接收端的功率干扰增益，g_i,m表示第i个蜂窝用户到第j对D2D-U接收端的功率干扰增益。B表示免授权信道的带宽，σ₀表示噪声功率谱密度。因此可以获得DUTY-ON的D2D-U总吞吐量表达式：

因为工作在DUTY-OFF的D2D-U用户采用的是LBT接入到免授权频段，因此D2D可以基于LBT与WiFi一起竞争信道，从而可以通过D2D反馈获得WiFi的性能。我们考虑让接入到DUTY-OFF阶段的D2D用户所获得的平均吞吐量满足最小阈值要求的设定，来保证WiFi用户的QoS。D2D在DUTY-OFF阶段的平均吞吐量表示为

因此工作在DUTY-OFF阶段的D2D-U总吞吐吞吐量为：

D2D-U系统的总吞吐量：

所以优化目标可以表示为：

上式第一项表示为满足D2D用户在DUTY-ON的最低速率要求，上式第二项表示为蜂窝用户满足要求的最低速率，第三项占空比要满足DUTY-ON和DUTY-OFF阶段的D2D-U用户最低吞吐量要求，第四项表示D2D用户的发射功率限制范围。

3.根据权利要求2所述的一种D2D-U通信的混合接入方法，其特征在于：在步骤S2中，首先考虑D2D-U用户都工作在DUTY-ON阶段，因此我们需要对D2D-U用户进行最优功率分配。因此有表达式：

很明显以上问题是一个非凸问题，因此在计算上不允许直接得到最优值，将其转化为凸优化问题可以更容易地解决。我们将目标函数重写为：

其中，

显然，f(p)，g(p)是关于p的严格凹函数。约束条件重写为线性形式：

因此，问题的解集是个凸集。显然存在g(p)的偏导数：

因此优化可以由凹凸过程来解决。凹凸过程的主要思想是通过围绕当前点的一阶泰勒展开迭代线性化D.C.目标函数的凸部分。因此对g(p)进行一阶近似得到然后，所解决的问题近似为凸优化问题：

下面采用迭代方法，迭代过程将生成改进可行解序列p^(k)。从可行解的p(0)初始化，在第k次迭代时生成p^(k+1)：

可以通过凸优化工具有效的解决。