[发明专利]基于NOMA的D2D通信联合子信道与功率分配方法

摘要

本发明公开了一种基于NOMA的D2D通信联合子信道与功率分配方法，依次包括计算每个蜂窝用户被各个D2D组复用后的信噪比、为每个D2D组用户选择候选蜂窝用户、为每个D2D组分配最优的子载波、构建以最大化D2D用户的能量效率为目标的优化函数、将得到的信道分配结果xi,j代入优化目标和对各个D2D组中强弱用户进行功率分配。本发明针对D2D通信用户与蜂窝用户之间存在的同道干扰以及D2D组内基于NOMA准则的功率分配问题，构建以D2D用户总能量效率最大为优化目标的优化问题，采用信道分配和功率分配分步进行的方式进行处理。该方法首先采用匈牙利算法为每个D2D组分配信道，然后运用KKT(Karush‑Kuhn‑Tucker)最优约束条件推导得各个D2D组内功率分配方案，从而实现D2D用户总能量效率最大。

主权项

1.一种基于NOMA的D2D通信联合子信道与功率分配方法，其特征在于：包括如下步骤：1)计算每个蜂窝用户被各个D2D组复用后的信噪比：系统由M个蜂窝用户与N个D2D组组成，每个D2D组包含一个D2D发射机和两个D2D接收机，每个D2D组复用一个子载波，假设D2D组内的D2D发射机以固定功率比的发射功率发送给两个接收机，计算出被D2D组j复用后蜂窝用户i的信噪比2)为每个D2D组用户选择候选蜂窝用户：判断是否大于蜂窝用户的信干噪比，如果大于则把蜂窝用户i添加到第j个D2D组的候选蜂窝用户集中；3)为每个D2D组分配最优的子载波；4)构建以最大化D2D用户的能量效率为目标的优化函数：优化函数的目标函数为：约束条件为和其中蜂窝用户在各个子信道上的发射功率均为P_c，每个D2D组中D2D发射端的发射功率为P_D，g_i,B表示蜂窝用户i与基站之间的信道增益，g_j,1和g_j,2分别表示第j个D2D组中D2D发射端与D2D接收端1和D2D接收端2之间的信道增益，和分别表示蜂窝用户i和与之共用信道的第j个D2D组中接收端1和接收端2之间的信道增益，h_j,B表示第j个D2D组中发发射端与基站间的信道增益，σ²表示各个用户接受到的高斯白噪声，x_i,j∈{0,1}为信道分配的指示变量，表示各个蜂窝用户的信干噪比阈值，和表示各个D2D组中强弱用户的信干噪比阈值，σ²是高斯白噪声；为了区分D2D组中的两个接收端，将D2D发射端与接收端之间信道增益大的用户称为强用户，信道增益小的用户称为弱用户。假设g_j,1＞g_j,2，即接收端1为强用户，接收端2为弱用户，分配给强用户的功率为分配给弱用户的功率为5)将得到的信道分配结果x_i,j代入优化目标，由于D2D组中强弱用户所分配的功率和一定，因此可以将原优化问题中的与转化为一个未知量，引入功率分配因子ε，定义则根据优化条件得到构建步骤4中优化函数的拉格朗日乘子式：其中λ₁和λ₂为拉格朗日乘子，对该拉格朗日乘子式进行求导，得到两种功率分配因子和6)对各个D2D组中强弱用户进行功率分配。