一種d2d通信系統(tǒng)中用于蜂窩用戶的資源分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種D2D通信系統(tǒng)中用于蜂窩用戶的資源分配方法，考慮了D2D用戶復(fù)用所有蜂窩用戶資源的復(fù)雜場(chǎng)景，最大限度地提高系統(tǒng)的頻譜利用率。在D2D用戶功率固定的情況下，本發(fā)明將原來的混合整數(shù)規(guī)劃問題等效轉(zhuǎn)化為指派為題，從而可以用簡(jiǎn)單的低復(fù)雜度算法得到原問題的最優(yōu)解，有效地降低了蜂窩用戶與D2D用戶之間的共信道干擾。
【專利說明】
一種D2D通信系統(tǒng)中用于蜂窩用戶的資源分配方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及D2D通信領(lǐng)域，尤其涉及一種D2D通信系統(tǒng)中用于蜂窩用戶的資源分配 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著無線業(yè)務(wù)的高速增長(zhǎng)，頻譜資源日益短缺，D2D(Device-t〇-Device) 通信技術(shù)可以極大提升系統(tǒng)的頻譜利用率，所以被建議在第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用。D2D 通信允許相鄰用戶直接通信，而不需要經(jīng)過基站，因此，D2D通信具有降低傳輸時(shí)延、減少能 量消耗的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于D2D用戶對(duì)之間通常距離較近，發(fā)射功率較小，D2D用戶可以復(fù)用 蜂窩用戶的頻率資源進(jìn)行通信，從而可以極大地提高系統(tǒng)頻譜效率。
[0003] 然而，雖然D2D用戶復(fù)用蜂窩用戶的頻率資源進(jìn)行通信可以有效提高系統(tǒng)的頻譜 效率，但是也會(huì)對(duì)相互之間造成共信道干擾問題。通常使用有效的資源分配和功率控制算 法減小同頻干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種D2D通信系統(tǒng)中用于蜂窩用 戶的資源分配方法，可以有效減小用戶之間的同頻干擾問題。
[0005] 技術(shù)方案:本發(fā)明所述的D2D通信系統(tǒng)中用于蜂窩用戶的資源分配方法包括以下 步驟：
[0006] S1、在D2D通信系統(tǒng)中蜂窩用戶的功率矩陣q固定時(shí)，計(jì)算得到系數(shù)矩陣 C -(CD,U，其中，?為c的元素，Vm e {ν··，Μ}，A： G ,Μ為蜂窩用戶 的個(gè)數(shù)，Κ為子載波的個(gè)數(shù)；
[0007] S2、將C中每一行的元素減去該行最小的元素，每一列的元素減去對(duì)應(yīng)列最小的元 素，從而得到C的約化矩陣；
[0008] S3、用最少的水平或垂直直線覆蓋約化矩陣中所有的0元素，若直線的數(shù)量等于Μ， 若否，執(zhí)行S4，若是，執(zhí)行S5;
[0009] S4、選擇約化矩陣中未被覆蓋元素的最小數(shù)，將每個(gè)未被覆蓋的元素減去該最小 數(shù)，被二次覆蓋的元素加上該最小數(shù)，返回S3;
[0010] S5、從0元素中選擇Μ個(gè)獨(dú)立的0元素，令對(duì)應(yīng)的指示變量為1，其他的指示變量為0， 從而得到指示變量矩陣α的最優(yōu)解，其中，指示變量矩陣α中的指示變量為1時(shí)，表示為蜂 窩用戶m分配子載波k。
[0011] 其中，系數(shù)矩陣C的元素<,的計(jì)算公式為：

[0015] 式中，下標(biāo)m表示蜂窩用戶的編號(hào)，上標(biāo)k表示子載波的編號(hào)，下標(biāo)η表示D2D對(duì)的編 號(hào)，Ν表不D2D對(duì)的個(gè)數(shù)，Μ表不蜂窩用戶的個(gè)數(shù)，δ表不充分小的數(shù)，？"1表不表不蜂窩用戶m的 最大功率，r m表示蜂窩用戶m的最小速率約束，表示在子載波k上蜂窩用戶m到基站b的信 道系數(shù)，表示在子載波k上蜂窩用戶m到D2D對(duì)η的信道系數(shù)，^表示D2Dn的發(fā)射機(jī)在子載 波k上的發(fā)射功率，^4表示在子載波k上D2D對(duì)η的發(fā)射機(jī)到基站b的信道系數(shù)，^表示在子 載波k上D2D對(duì)η的發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的信道系數(shù)，No表示噪聲功率。
[0016]進(jìn)一步的，該方法還包括步驟：
[0017] S6、根據(jù)下式計(jì)算得到功率矩陣D = ;
[0019]其中，€表示蜂窩用戶m在子載波k上的發(fā)射功率。
[0020]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明考慮了D2D用戶復(fù)用所 有蜂窩用戶資源的復(fù)雜場(chǎng)景，最大限度地提高系統(tǒng)的頻譜利用率。在D2D用戶功率固定的情 況下，本發(fā)明將原來的混合整數(shù)規(guī)劃問題等效轉(zhuǎn)化為指派為題，從而可以用簡(jiǎn)單的低復(fù)雜 度算法得到原問題的最優(yōu)解，有效地降低了蜂窩用戶與D2D用戶之間的共信道干擾。當(dāng)需要 對(duì)D2D用戶的功率進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化的時(shí)候，可以采用迭代算法分步優(yōu)化，此時(shí)，本發(fā)明可以 作為中間步驟。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實(shí)施例涉及的D2D通信系統(tǒng)示意圖；
[0022]圖2是本實(shí)施例的流程不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 本實(shí)施例的D2D通信系統(tǒng)如圖1所示，圖1中，BS為基站，D2D-Tx和D2D-Rx分別表示 D2D對(duì)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，實(shí)線箭頭表示有用信號(hào)，虛線箭頭表示干擾信號(hào)。D2D通信系統(tǒng)中 有一個(gè)基站、Μ個(gè)蜂窩用戶和N個(gè)D2D對(duì)，蜂窩用戶和D2D對(duì)集合分別記作.W = {L….il/}和 丨1.…..V}?？紤]SIS0通信，也即所有發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都只有一個(gè)天線。系統(tǒng)具有K個(gè)可 用子載波，將其集合記為Κ = {1,···，^}。假設(shè)Κ=Μ，每個(gè)蜂窩用戶使用不同的子載波進(jìn)行通 信，每個(gè)D2D用戶復(fù)用所有子載波。用指示變量 <指示用戶m是否使用子載波k，也即如果用 戶m分配到子載波k，則=1，否則，=〇。蜂窩用戶m在子載波k上的信干噪比為
[0025]其中，義表示蜂窩用戶m在子載波k上的發(fā)射功率，表示在子載波k上蜂窩用戶m 到基站的信道系數(shù);類似地，^和^4分別表示D2D發(fā)射機(jī)η在子載波k上的發(fā)射功率以及到基 站的信道系數(shù);No表示噪聲功率。D2D接收機(jī)η在子載波k上的信干噪比為
[0027]其中，分別表示蜂窩用戶m和D2D發(fā)射機(jī)Y在子載波k上到D2D接收機(jī)Y的 十目道系數(shù)。記, 巧1,…，，.分= 在D2D用戶功率q固定時(shí)，最大化D2D用戶和速率并保證蜂窩用戶QoS要求的優(yōu)化問題可以表 述如下
[0034] 上述問題是一個(gè)混合整數(shù)規(guī)劃問題，很難求得c^Pp的最優(yōu)解。本發(fā)明先將其等效 表示成一個(gè)指派問題，然后提出了一個(gè)低復(fù)雜度的方案得到α和p的最優(yōu)解。
[0035] 如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例具體包括以下步驟：
[0036] S1、在D2D通信系統(tǒng)中蜂窩用戶的功率矩陣q固定時(shí)，計(jì)算得到系數(shù)矩陣 C7 = -(4)Λ/χΧ 其中，為C的兀素，V.m €.人€ 尤=.{1，…,if}。
[0037] 其中，系數(shù)矩陣C的元素^的計(jì)算公式為：

[0041 ] 式中，下標(biāo)m表示蜂窩用戶的編號(hào)，上標(biāo)k表示子載波的編號(hào)，下標(biāo)η表示D2D對(duì)的編 號(hào)，Ν表不D2D對(duì)的個(gè)數(shù)，Μ表不蜂窩用戶的個(gè)數(shù)，δ表不充分小的數(shù)，？"1表不表不蜂窩用戶m的 最大功率，r m表示蜂窩用戶m的最小速率約束，表示在子載波k上蜂窩用戶m到基站b的信 道系數(shù)，i/i表示在子載波k上蜂窩用戶m到D2D對(duì)η的信道系數(shù)，^表示D2Dn的發(fā)射機(jī)在子載 波k上的發(fā)射功率，表示在子載波k上D2D對(duì)η的發(fā)射機(jī)到基站b的信道系數(shù)，表示在子 載波k上D2D對(duì)η的發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的信道系數(shù)，No表示噪聲功率。
[0042] S2、將C中每一行的元素減去該行最小的元素，每一列的元素減去對(duì)應(yīng)列最小的元 素，從而得到C的約化矩陣。
[0043] S3、用最少的水平或垂直直線覆蓋約化矩陣中所有的0元素，若直線的數(shù)量等于M， 若否，執(zhí)行S4，若是，執(zhí)行S5。
[0044] S4、選擇約化矩陣中未被覆蓋元素的最小數(shù)，將每個(gè)未被覆蓋的元素減去該最小 數(shù)，被二次覆蓋的元素加上該最小數(shù)，返回S3。
[0045] S5、從0元素中選擇Μ個(gè)獨(dú)立的0元素，令對(duì)應(yīng)的指示變量為1，其他的指示變量為0， 從而得到指示變量矩陣α的最優(yōu)解，其中，指示變量矩陣α中的指示變量為1時(shí)，表示為蜂 窩用戶m分配子載波k。
[0046] S6、根據(jù)下式計(jì)算得到功率矩陣P = 的最優(yōu)解；
[0048] 其中，表示蜂窩用戶m在子載波k上的發(fā)射功率。
[0049] 以上所揭露的僅為本發(fā)明一種較佳實(shí)施例而已，不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范 圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種D2D通信系統(tǒng)中用于蜂窩用戶的資源分配方法，其特征在于該方法包括以下步 驟： 51、 在D2D通信系統(tǒng)中蜂窩用戶的功率矩陣q固定時(shí)，計(jì)算得到系數(shù)矩陣Cf = -(<)υ A_, 其中，<為C的兀素，Vw ￡別=，M為蜂窩用戶的個(gè)數(shù)，K為子載 波的個(gè)數(shù)； 52、 將C中每一行的元素減去該行最小的元素，每一列的元素減去對(duì)應(yīng)列最小的元素， 從而得到C的約化矩陣； 53、 用最少的水平或垂直直線覆蓋約化矩陣中所有的O元素，若直線的數(shù)量等于M，若 否，執(zhí)行S4，若是，執(zhí)行S5; 54、 選擇約化矩陣中未被覆蓋元素的最小數(shù)，將每個(gè)未被覆蓋的元素減去該最小數(shù)，被 二次覆蓋的元素加上該最小數(shù)，返回S3; 55、 從O元素中選擇M個(gè)獨(dú)立的O元素，令對(duì)應(yīng)的指示變量為1，其他的指示變量為0,從而 得到指示變量矩陣α的最優(yōu)解，其中，指示變量矩陣α中的指示變量為1時(shí)，表示為蜂窩用 戶m分配子載波k。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的D2D通信系統(tǒng)中用于蜂窩用戶的資源分配方法，其特征在于， 系數(shù)矩陣C的元素&的計(jì)算公式為：式中，下標(biāo)m表不蜂窩用戶的編號(hào)，上標(biāo)k表不子載波的編號(hào)，下標(biāo)η表不D2D對(duì)的編號(hào)，N 表示D2D對(duì)的個(gè)數(shù)，M表示蜂窩用戶的個(gè)數(shù)，δ表示充分小的數(shù)，Pm表示表示蜂窩用戶m的最大 功率，r m表示蜂窩用戶m的最小速率約束，匕表示在子載波k上蜂窩用戶m到基站b的信道系 數(shù)，fi表示在子載波k上蜂窩用戶m到D2D對(duì)η的信道系數(shù)，< 表示D2Dn的發(fā)射機(jī)在子載波k 上的發(fā)射功率，表示在子載波k上D2D對(duì)η的發(fā)射機(jī)到基站b的信道系數(shù)，表示在子載波 k上D2D對(duì)η的發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的信道系數(shù)，No表示噪聲功率。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的D2D通信系統(tǒng)中用于蜂窩用戶的資源分配方法，其特征在于， 該方法還包括步驟： 56、 根據(jù)下式計(jì)算得到功率矩陣其中，??表示蜂窩用戶m在子載波k上的發(fā)射功率。
【文檔編號(hào)】H04W72/08GK106028348SQ201610543524
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月11日
【發(fā)明人】陳明, 徐浩
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)