[发明专利]一种用于瑞利信道下的D2D蜂窝通信系统吞吐量优化方法

摘要

本发明公开的一种用于瑞利信道下的D2D蜂窝通信系统吞吐量优化方法，该方法将吞吐量被量化为所有用户的平均传输速率求和问题，当系统中所有用户的传输速率都达到最大时，系统的吞吐量也就达到最大。本发明所提出的优化方法通过交替对资源分配策略和SINR阈值进行优化，可以取得两者之间的一个有益平衡，使系统的吞吐量最大化，与传统的吞吐量优化方法相比，通过本发明的吞吐量优化方法可以提升13％‑173％的吞吐量。

主权项

一种用于瑞利信道下的D2D蜂窝通信系统吞吐量优化方法，其特征在于，该优化方法应用的系统中D2D用户与蜂窝用户为多对一的关系；该方法包括以下步骤：步骤1、将系统的吞吐量用所有用户的平均传输速率求和公式来表示，则系统吞吐量可以表示为：MaximizeΣci∈C(xavgci+Σdj∈Dyi,jcdxavgdj)---(1)]]>受限于式(1)中，蜂窝用户数表示为C＝{ci,1≤i≤|C|}，D2D用户数表示为D＝{dj,1≤j≤|D|}，为D2D用户是否复用蜂窝用户频谱资源的指示符；为蜂窝用户ci的平均传输速率，且：xavgci=Wlog(1+γ0ci,BS)e-γ0ci,BSN0WPtrciE[gciBS]Πdj∈DPtrciE[gciBS]yi,jcdPtrdj1E[gdj1BS]γ0ci,BS+PtrciE[gciBS]---(2);]]>为D2D用户dj的平均传输速率，且：xavgdj=Wlog(1+γ0dj1,dj2)e-γ0dj1,dj2N0WPtrdj1E[gdj1dj2]Πcj∈CPtrdj1E[gdj1dj2](yi,jcdPtrciE[gcidj2]γ0dj1,dj2+Ptrdj1E[gdj1dj2])·∏ci∈C∏dj′∈D{dj}Ptrdj1E[gdj1dj2](yi,jcdyi,j′cdPtrdj′1E[gdj′1dj2]γ0dj1,dj2+Ptrdj1E[gdj1dj2])---(3);]]>公式(2)和(3)中，表示u到v之间的信道增益；和表示D2D用户dj的两个节点；E[g]表示信道增益的期望；表示从u到v成功传输时的SINR阈值；和分别是系统的SINR阈值的最小值和最大值；表示u的发送功率；N0为噪声功率谱密度，W为信道带宽；当给定一组指示符后，用联盟分区L＝{L1,L2...Li...LC}表示D2D用户与蜂窝用户的资源复用关系，且对任何的i≠i'而言，步骤2、优化资源分配，其具体分为三步：步骤2.1：随机生成一组资源分配指示符得到初始联盟分区Lini，并将其设置为当前联盟分区Lcur，即Lcur＝Lini；令连续失败次数B＝0，同时设置连续失败次数阈值T(T＞0)，联盟Li中的蜂窝用户ci和其共享的D2D用户对的总速率根据公式计算获得，并执行步骤2.1.1和步骤2.1.2来对SINR阈值进行优化，以获得联盟Li的总速率最大值步骤2.1.1：使蜂窝用户ci的平均传输速率达到最大值的最优SINR阈值为其中满足：1-N0W(1+γ0ci,BS)log(1+γ0ci,BS)PtrciE[gciBS]-(log(1+γ0ci,BS))Σdj∈Dyi,jcdPtrdj1E[gdj1BS](1+γ0ci,BS)yi,jcdPtrdj1E[gdj1BS]γ0ci,BS+PtrciE[gciBS]=0;]]>步骤2.1.2：使D2D用户对dj的平均传输速率达到最大值的最优SINR阈值为其中，满足：1-N0WPtrdj1E[gdj1dj2](1+γ0dj1,dj2)log(1+γ0dj1,dj2)-(log(1+γ0dj1,dj2))Σcj∈Cyi,jcdPtrciE[gcidj2](1+γ0dj1,dj2)(γ0dj1,dj2yi,jcdPtrciE[gcidj2]+Ptrdj1E[gdj1dj2])-(log(1+γ0dj1,dj2))Σcj∈CΣdj′∈D/{dj}yi,jcdyi,j′cdPtrdj′1E[gdj′1dj2](1+γ0dj1,dj2)(γ0dj1,dj2yi,jcdyi,j′cdPtrdj′1E[gdj′1dj2]+Ptrdj1E[gdj1dj2])=0;]]>得到系统初始最大总速率并令步骤2.2：如果B＝T，算法结束并输出否则进入步骤2.3；步骤2.3，其包括以下步骤：步骤2.3.1：在一个联盟中Li随机地选择一个D2D用户对dj；步骤2.3.2：随机地选择一个联盟Li'∈Lcur/{Li}；步骤2.3.3：联盟Li中的蜂窝用户ci和其共享的D2D用户对的总速率可根据公式计算获得，并执行以下步骤来对SINR阈值进行优化，以获得联盟Li/{dj}和Li'∪{dj}的总速率最大值步骤2.3.3.1：使蜂窝用户ci的平均传输速率达到最大值的最优SINR阈值为其中满足：1-N0W(1+γ0ci,BS)log(1+γ0ci,BS)PtrciE[gciBS]-(log(1+γ0ci,BS))Σdj∈Dyi,jcdPtrdj1E[gdj1BS](1+γ0ci,BS)yi,jcdPtrdj1E[gdj1BS]γ0ci,BS+PtrciE[gciBS]=0;]]>步骤2.3.3.2:使D2D用户对dj的平均传输速率达到最大值的最优SINR阈值为其中，满足：1-N0WPtrdj1E[gdj1dj2](1+γ0dj1,dj2)log(1+γ0dj1,dj2)-(log(1+γ0dj1,dj2))Σcj∈Cyi,jcdPtrciE[gcidj2](1+γ0dj1,dj2)(γ0dj1,dj2yi,jcdPtrciE[gcidj2]+Ptrdj1E[gdj1dj2])-(log(1+γ0dj1,dj2))Σcj∈CΣdj′∈D/{dj}yi,jcdyi,j′cdPtrdj′1E[gdj′1dj2](1+γ0dj1,dj2)(γ0dj1,dj2yi,jcdyi,j′cdPtrdj′1E[gdj′1dj2]+Ptrdj1E[gdj1dj2])=0]]>若则继续进入步骤2.3.4，否则，B＝B+1，然后返回步骤2.2；步骤2.3.4：将D2D用户对dj从联盟Li转移到联盟Li'中去；步骤2.3.5：按照如下方式更新当前联盟分区(Lcur/{Li,Li'})∪{Li/{dj},Li'∪{dj}}→Lcur；同时令B＝0，然后返回步骤2.3。