[发明专利]一种蜂窝网络D2D通信资源分配方法及系统

权利要求书

1.一种蜂窝网络D2D通信资源分配方法，其特征在于，方法包括以下步骤：

接收D2D用户相关变量，将D2D用户相关变量输入至预先构建的系统用户吞吐量模型内得到系统用户吞吐量，其中，所述D2D用户相关变量包括模式选择变量、功率控制变量以及信道分配向量；

根据吞吐量最优原则对系统用户吞吐量进行判定，确定D2D通信最佳模式；其中所述吞吐量最优原则以最大化系统用户吞吐量为目标；

以D2D通信最佳模式下求解D2D用户信噪比，将D2D用户信噪比输入至预先建立的功率优化模型内，得到D2D用户的最佳发射功率；

将D2D用户的最佳发射功率输入至预先建立的信道分配模型内，得到最优信道分配结果。

2.根据权利要求1所述的一种蜂窝网络D2D通信资源分配方法，其特征在于，所述D2D用户采用的通信模式包括复用模式和专用模式。

3.根据权利要求2所述的一种蜂窝网络D2D通信资源分配方法，其特征在于，所述专用模式下D2D通信对选择专门的信道进行通信，在专用模式下D2D用户与蜂窝用户之间不存在干扰，但是会存在多个D2D用户占用同一个信道的情况，所述复用模式下D2D用户不仅受到蜂窝用户的干扰，也会受到复用同信道的D2D用户的干扰。

4.根据权利要求3所述的一种蜂窝网络D2D通信资源分配方法，其特征在于，当第i个D2D用户处于专用模式下时，占用第j个蜂窝上行链路信道资源，由于信道事先预分配给蜂窝用户，专用模式信道应从空闲信道选择，故j∈{N+1,...,X}，X＝{1,2,...j,...,X},j∈X，模式选择向量x_i＝1，i∈M，专用模式下D2D用户信噪比如下式：

式中，和分别表示第i对D2D用户的路损增益和第l对D2D用户发射端到第i对D2D用户接收端的路损增益，表示D2D用户的发射功率，表示第i个D2D用户接收端的高斯噪声。

5.根据权利要求3所述的一种蜂窝网络D2D通信资源分配方法，其特征在于，当第i个D2D用户处于复用模式下时，复用第j个蜂窝信道，由于是复用蜂窝用户信道，复用模式信道应从预分配给蜂窝用户的信道集合中选择，故此时j∈Cell，模式选择向量x_i＝2，i∈M，复用模式下D2D用户信噪比如下式：

式中，表示蜂窝用户的发射功率，且为固定值，表示第j个蜂窝用户的发射端到第i对D2D用户接收端的路损增益，表示第j个蜂窝用户接收端的高斯噪声；

当第j个蜂窝用户的SINR，j∈Cell，如下式：

式中，表示第k对D2D用户的发射端到第j个蜂窝用户的接收端的路损增益，表示第j个蜂窝用户发射端到基站的路损增益；

当蜂窝用户进行通信时，会受到复用同信道的D2D用户发射端的干扰。

6.根据权利要求5所述的一种蜂窝网络D2D通信资源分配方法，其特征在于，所述D2D用户和蜂窝用户的吞吐量用香农公式表示下所示

而路损增益模型具体公式如下所示

U＝kd^-α

式中k表示路径损耗衰减常系数，α表示路径损耗衰减指数，d表示发路径发射端到接收端之间的距离，为了满足服务质量约束条件，必须达到D2D用户和蜂窝用户的最小信噪比即和为了验证系统吞吐量的性能，将目标函数定义如下：

上式中表示第m个D2D用户发射功率，S_m表示第m个D2D用户的信道分配结果，x_m表示第m个D2D用户的模式选择向量x_m＝{1,2},D2D用户对集合为D＝{1,2,...i,...,M},i∈D,蜂窝用户集合为Cell＝{1,2,...h,...,N}，h∈Cell，表示第m个D2D用户在模式选择向量x_m下占用S_m信道资源的D2D用户吞吐量，表示第h个蜂窝用户的吞吐量；

目标函数的约束条件包括：功率约束条件、模式选择向量、每个D2D用户的信道分配向量以及满足服务质量约束条件下的信噪比范围界限。