[发明专利]中继协同异构蜂窝网络D2D通信资源分配方法

摘要

本发明公开一种中继协同异构蜂窝网络D2D通信资源分配方法，包括求得当第n个蜂窝用户采取Q(n)通信模式时，D2D通信在第n个频段上所能达到的最大可达速率阈值根据判断D2D通信选取的频谱资源能否满足系统服务质量需求；联合分配第n个蜂窝用户采取通信模式Q(n)时D2D通信在第n个频段上分配到的可达速率目标以及确定第n个蜂窝用户的通信模式Q(n)；求系统总发送功率Ptotal。本发明能够同时优化蜂窝用户和D2D用户的发送功率、D2D用户在每个频段上的最优可达速率目标以及确定系统中每个蜂窝用户的通信模式。相比于传统的资源分配方法，本方法能够在保证蜂窝用户和D2D用户可达速率的同时节约系统的总功耗，更能符合绿色通信的要求。

主权项

1.一种中继协同异构蜂窝网络D2D通信资源分配方法，其特征在于，包括如下具体步骤：步骤1：获取其中表示当第n个蜂窝用户采取通信模式Q(n)时，D2D通信在第n个频段上所能达到的最大可达速率阈值；n＝1,2,···,N，N表示蜂窝用户总数；步骤2：根据判断D2D通信选取的频谱资源能否满足系统服务质量需求；步骤3：联合分配第n个蜂窝用户采取通信模式Q(n)时D2D通信在第n个频段上分配到的可达速率目标以及确定第n个蜂窝用户的通信模式Q(n)；步骤4：求系统总发送功率Ptotal；根据单频段上蜂窝通信和D2D通信最小可达速率阈值需求求得表达式如下：其中，为对应的SINR，分别表示第n个蜂窝用户采用通信模式Q(n)下蜂窝链路信道增益、D2D链路信道增益、第n个蜂窝用户到D2D通信接收端的链路信道增益、D2D发送端到第n个蜂窝用户接收端的链路信道增益；Q(n)＝{1,2}，Q(n)＝1、Q(n)＝2分别表示第n个蜂窝用户采用基站通信模式、中继协同模式，并假设第n个蜂窝用户使用第n个频段；为当第n个蜂窝用户采用通信模式Q(n)时，D2D通信在第n个频段上的最小可达速率阈值对应的SINR，且第n个蜂窝用户采用中继协同模式时D2D通信在第n个频段上的最小可达速率阈值是第n个蜂窝用户采用基站通信模式时D2D通信在第n个频段上的最小可达速率阈值的两倍，在步骤2中，判断D2D通信选取的频谱资源能否满足系统服务质量需求的判断准则表达式如下：若满足上式，则表明满足服务质量需求；其中，表示D2D通信在第n个频段上的最小可达速率阈值，表示D2D通信在所有复用的N个频段上最大能达到的总可达速率，表示D2D通信在所有复用的N个频段上总可达速率阈值；表示在不同蜂窝通信模式Q(n)下选取括号内最大的值；所述步骤3具体包括如下步骤：步骤3.1：初始化每个蜂窝用户的初始通信模式Q(n)，Q(n)的初始化准则为：步骤3.2：初始化λ1和λ2，λ1、λ2分别为所选取的一个较小的、一个较大的拉格朗日乘子，并定义权重函数wQ(n),n：其中，λ表示拉格朗日乘子；初始化λ₁和λ₂满足如下准则：其中，R(λ)表示在λ值下，D2D通信在所有N个频段上分配的总可达速率；为D2D通信在第n个频段上基于第n个蜂窝用户采取蜂窝通信模式Q(n)时分配到的可达速率目标，是关于拉格朗日乘子λ的变量，的表达式为：其中，表示第n个蜂窝用户采用通信模式Q(n)在第n个频段上的最小SINR阈值，上标‐1表示‐1次方，N₀表示系统噪声；为第n个蜂窝用户采用蜂窝通信模式Q(n)下，D2D通信分配到的第n个频段上的SINR目标，是关于拉格朗日乘子λ的变量，且需满足：其中，为D2D通信在第n个频段上的最小可达速率阈值对应的SINR值；分别为相应和Q(n)下，第n个频段上第n个蜂窝用户、D2D用户的最优发送功率，的表达式为：步骤3.3：确定第n个蜂窝用户在可达速率目标下的通信模式Q(n)，Q(n)的确定准则为：即第n个蜂窝用户在相应值下选取使w_Q(n),n值最低的通信模式Q(n)，其中步骤3.4：循环求解可达速率阈值目标以及第n个蜂窝用户的通信模式Q(n)，循环准则为：若返回相应的Q(n),λ^*，并转到步骤4；否则，若令λ₂＝λ，并返回步骤3.3；若令λ₁＝λ，并返回步骤3.3；R(λ)表示在λ值下，D2D通信在所有N个频段上分配的总可达速率；ε表示二分法的精度；表示当第n个蜂窝用户采取通信模式Q(n)时，D2D通信在第n个频段上所分配的最优可达速率阈值，是关于拉格朗日乘子λ^*的变量；λ^*表示停止循环时得到的最优拉格朗日乘子。