[发明专利]D2D通信系统中的一种基于QoS的分簇信道分配方法

摘要

本发明公开了D2D通信系统中的一种基于QoS的分簇信道分配方法，该方法在D2D用户复用蜂窝用户下行链路资源的场景下，引入用户满意度的概念以更好地满足D2D用户的不同QoS需求，运用图论着色方法为D2D用户分配信道。具体步骤如下：首先构建D2D用户间的干扰图，然后在保证蜂窝用户QoS需求的情况下建立D2D用户的可用颜色列表，最后基于用户满意度和系统公平性定义了D2D用户使用不同颜色的效用，并在此基础上为D2D用户分簇，位于同一簇内的用户可以共享蜂窝用户信道。该方法能够在有效保证蜂窝用户QoS需求的情况下提高D2D用户的满意度，同时兼顾用户间的公平性。

主权项

1.D2D通信系统中的一种基于QoS的分簇信道分配方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：/n1)蜂窝用户和子信道总数均为M，C_k表示蜂窝用户k，每个蜂窝用户占用一个子信道，即C_k使用子信道k；D_i表示D2D用户对i，D2D用户总数为N；g_B,k为基站和C_k之间的信道增益；g_i为D_i直通链路的信道增益；h_B,i为基站到D_i的接收机的信道增益；h_i,k为D_i的发射机到C_k的信道增益；h_i,j为D_i的发射机到D_j的接收机的信道增益；N₀为所有用户接收端噪声功率，定义D2D用户i的满意度为其中Dem_i为D_i的数据需求速率，为D_i的传输速率；/n2)根据系统中D2D用户间的干扰情况，建立干扰图G＝(V,E)：点集V代表D2D用户对；边集E表示任两对D2D用户之间的干扰情况，若D2D用户对i与D2D用户对j满足：/n /n则二者不可共享信道，并建立边，式中P_B为基站的总发射功率，均匀分配给蜂窝用户；D2D用户可以占用多个子信道并且在每个子信道上的发射功率相同，均为W为子信道的带宽；参数β的取值范围在0.5到0.6之间；/n3)建立D2D用户的可用颜色列表，每种颜色对应其可使用的蜂窝用户的信道，初始时D2D用户可以使用全部颜色；对每个蜂窝用户，为保证其QoS需求，首先根据其最低速率需求计算出其所能承受的干扰上限然后通过不断添加边来去除对其干扰最大的D2D用户，与其建立边的D2D用户的可用颜色列表里去除该蜂窝用户的颜色，直到蜂窝用户所受的总干扰满足阈值要求；/n4)定义将颜色k分配给D2D用户对i使用的代价函数c(i,k)为c(i,k)＝|neigh_i,k|，其中|neigh_i,k|为集合neigh_i,k的元素个数，表示可用颜色k的其它D2D用户与D2D用户对i之间存在边的总条数；此外，定义D2D用户对i加入簇k(cluster_k)带来的效用u_i,k为其中表示D2D用户对i加入簇k所获得的速率；在效用的基础上为D2D用户分簇，具体过程如下：/n4-1)初始化：颜色k＝1；/n4-2)集合用于存放最终使用颜色k的D2D用户集；集合B为所有可用颜色列表中含颜色k的D2D用户集；/n4-3)若B为空，则转4-4)，否则计算集合B中D2D用户添加到第k簇的效用，选取带来效用最大的用户，若有多个则随机选择一个加入集合A并从集合B中移除；集合B中删除干扰图中与加入集合A的用户之间有边的D2D用户；重复4-3)；/n4-4)第k簇的D2D用户cluster_k＝A；计算所有D2D用户的满意度，置空满意度为1的D2D用户的可用颜色列表；/n4-5)若k≤M，k＝k+1，转4-2)；/n4-6)位于同一簇内的D2D用户复用相应的蜂窝用户信道。/n