[发明专利]一种基于HARQ辅助NOMA的大规模D2D通信方法

摘要

本发明公开了一种基于HARQ辅助NOMA的大规模D2D通信方法，该方法首先利用随机几何方法分析大规模D2D网络中叠加干扰对中断概率的影响，然后利用中断概率与频谱效率之间的关系，推导出频谱效率的具体表达式；最后基于这些理论分析结果构建资源分配的优化问题：通过合理设置不同D2D用户的信息传输速率甚至占用相同时频资源D2D终端的分布密度来最大化频谱效率(吞吐量或空间频谱利用率)并同时保证通信的可靠性。仿真和数值结果显示，本发明所提供的协作方式应用方案比非协作方式在中断概率上降低了23％，此外，应用非正交多址接入技术比应用正交多址接入技术在频谱效率上提高了17％。

主权项

1.一种基于HARQ辅助NOMA的大规模D2D通信方法，其特征在于，所述的通信方法包括下列步骤：S1、设计非正交多址接入技术NOMA结合协作混合自动重发请求HARQ的应用方案，发送设备首先根据混合自动重发请求将需要传输给两个D2D用户的信息s₁和s₂分别通过前向纠错编码产生各自对应的码字，然后采用支持多用户同时传输的非正交多址接入技术通过叠加编码向D2D用户发送信息其中β为功率分配因子；D2D用户分别解码信息，任何一个D2D用户的解码发生失败，D2D用户都将反馈NACK信号至发送设备，要求发送端重新发送信息，直至两个D2D用户都解码成功或者最大允许的传输次数K达到；S2、将吞吐量η和空间频谱效率Δ表示成中断概率函数，其中吞吐量是衡量传输一条信息的频谱效率，空间频谱效率Δ＝λη，则是衡量整个网络的频谱效率，λ为占用相同时频资源的D2D用户分布密度，根据更新过程理论，吞吐量η表示成式中各符号的含义如下：Ri：表示D2D用户i预设的信息传输速率，表示D2D用户i在经过K次传输之后发生中断的概率，表示两个D2D用户在κ次传输之后发生中断的概率；S3、中断概率的分解，通过全概率公式，将中断概率和表示成式中各符号的含义如下：表示事件发生的概率；用户1在经过l次传输后成功解码信号s_i的事件；并集的补集，即用户1在K次传输后依然无法解码信息s_i；经过k次传输后，用户2成功解码自身消息的事件；并集的补集，也即用户2在经过K次传输后，无法恢复自身信息；S4、利用随机几何进行中断概率的精确计算，通过二维齐次泊松点过程来准确模拟干扰D2D用户的分布，再利用随机几何中的理论来推导上述中断概率的具体表达式，如下：式中各符号的含义如下：τa＝(τ1+1,τ2,τ3),τb＝(τ1,τ2+1,τ3),τc＝(τ1+1,τ2),τd＝(τ1,τ2+1),τe＝(τ3,τ4),τf＝(τ1+1,τ2+1),τg＝(τ1,τ2+2),函数Ψ(U,τ；U,τ)定义为这里U＝(U₁,…,U_N)，τ＝(τ₁,…,τ_N)，表示成二重积分形式S5、短距通信的前提假设下中断概率近似计算，考虑到D2D用户之间的距离D非常接近，且由于协作通信的缘故，假设D≈0，二重积分可以近似为其中，δ_s定义狄利克雷函数，定义第四类Lauricella函数，B(a,b)定义Beta函数，如果N+M＝1，则上述近似将变为等式；S6、频谱效率最大化，通过合理选择用户的信息传输速率R1和R2来最大化吞吐量η同时保证服务的可靠性，优化问题的数学形式表示成式中各符号的含义如下：εi：表示D2D用户i的最大允许中断概率，表示用户i在第K次传输之后发生中断的概率，β2：表示预设的功率分配因子；通过优化D2D用户的分布密度，最大化空间频谱利用率Δ同时保证服务质量，因此优化问题的数学形式如下：λ＞0,式中各符号含义如下：λ：表示干扰用户的分布密度，εi：表示D2D用户i的最大允许中断概率，表示用户i在第K次传输之后发生中断的概率，β2：表示预设的功率分配因子；S7、调制方式和编码方案的设置以及无线资源配置，利用优化得到的传输速率R1*和R2*以及D2D用户分布密度λ*值来配置无线资源。