专利名称：蜂窝通信系统终端直通自适应资源分配方法
技术领域：
本发明是一种基于正交频分复用系统下的D2D (device-to-device)通信的资源分配方法，属于移动通信中的资源分配技术领域。
背景技术：
资源分配是移动通信系统能正常通信的关 键。由于可用于移动通信的频谱资源十分有限，就需要更加高效的利用频谱资源，D2D技术应运而生。从现在的D2D资源分配方法来看，大多数方法都是每组D2D对复用都复用不同的蜂窝用户的频谱资源，几乎没有提到两组或多组D2D对复用相同蜂窝用户资源的方法，而采用两组或多组D2D对复用相同的蜂窝用户资源可以极大的提高频谱效率；同时在为D2D对选择复用的资源时可以不局限于单个蜂窝用户的所有资源，这些资源中可能有好有坏，如果全部复用可能对D2D通信造成限制。所以从各个蜂窝用户选出对于D2D用户好的资源来进行复用，即以子载波来考虑为出发点而不是以蜂窝用户能更好的利用信道的频率选择行和多用户的分集增益。在资源分配的时候我们采用一种自适应的子载波分配方法，即将每个子载波都分配给在在其上面等效信道增益最大的用户，这里的等效信道是将D2D间的信道、干扰信道、干扰功率统一考虑所得到的。基于上述内容从而很大程度的提高了 D2D系统容量。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种蜂窝通信系统终端直通自适应资源分配方法，主要针对数量较多的D2D对要进行资源分配的情况，降低蜂窝用户对D2D用户的干扰，极大的提高D2D系统的系统容量和频谱利用率。技术方法本发明的蜂窝通信系统终端直通自适应资源分配方法为I)、根据距离区域将小区分为内环和外环(在外环采用D2D模式能获得更好性能)；2)、将外环分为偶数个相等的区域，正对圆心的两个区域确定为匹配的一组区域；3)、在匹配的两个区域内分别随机找一对D2D对作为匹配的一组D2D对，如图2 ；4)、基站根据当前时刻蜂窝用户对D2D对用户的干扰信道增益、路径衰落和D2D用
户间的信道增益计算D2D用户间的等效信道增益^r = ο h\ ，其中Hd为D2D用户间的等
1 !.GD nCiD
效信道增益，hdSD2D用户间的实际信道增益，P1AD为蜂窝用户对D2D用户的干扰功率，hCiD为蜂窝用户与D2D用户间的干扰信道增益；5)、令N，V用来表示每组D2D对分配的子载波数量和等效信道增益，其初始值设为O ；6)、对于所有可分配的子载波依次为其选择在该子载波上平均等效信道增益最大的一组匹配的D2D对，将该子载波分配给这组匹配的D2D对，并将N所对应的项加I直到其满足所要求的子载波数，则不再为其分配子载波，并用V记录分配到的等效信道增益；7)、重复步骤6)直到将所有子载波分配完毕；这种蜂窝系统终端直通自适应配对资源分配方法通过让不同区域的D2D对匹配复用相同的蜂窝用户资源极大的提高了系统容量和频谱效率，在分配资源时以子载波来考虑避开了不好的子载波，并以等效信道来考虑更能符合提高D2D用户容量的要求。其中的让两组D2D对匹配复用相同的蜂窝用户资源可以直接应用到很多为每组D2D对用户分配不同蜂窝用户资源的方法上，获得极大的性能上的增益。有益效果I、引入等效信道增益的概念，全面考虑了影响D2D系统容量的因素，避免单独考虑干扰功率、干扰信道增益，有效提高了 D2D系统容量。 2、采用针对子载波为单位的资源分配，避免了将对于D2D用户条件差的频谱资源分配给D2D用户。3、采用两组不同区域的D2D对复用相同的蜂窝用户资源，控制了 D2D对间干扰的同时极大的提高了 D2D系统的容量和频谱效率。本发明提出的让两组D2D对匹配复用相同的蜂窝用户资源可以直接应用到很多为每组D2D对用户分配不同蜂窝用户资源的方法上，获得极大的性能上的增益。本发明主要考虑如何在蜂窝系统终端直通资源分配过程中降低蜂窝用户对D2D用户的干扰，提高D2D系统容量。
图I是系统模型图，假设采用D2D模式的用户均匀分布在小区的外环上，蜂窝用户随机分配在小区内。图2是本发明的D2D对匹配示意图。图3是资源分配方法的流程图。
具体实施例方式假设一个OFDM符号包含的子载波数为M,蜂窝用户和D2D对的数量分别为N。和ND，D2D用户可以在基站的协调下直接进行通信，且D2D用户在通信时复用蜂窝用户的资源。我们假定所有蜂窝用户到达基站的功率都控制在相同的水平Pcb,即Pcb =PcAdc,V，Vi [公式一]Pcb为常数，Pm为第i个蜂窝用户的发射功率，da为该蜂窝用户到基站的距离。那么由蜂窝用户对D2D的干扰功率就可以写成Pixm =PcAdcmYa，Vi [公式二 ]dCiD为蜂窝用户到D2D接收用户的距离，而D2D对基站的干扰功率被严格的限制在δ B,即Pd · (dDB) _a/PCB ( δ B，以确保不会对基站产生干扰Pd为D2D用户的发射功率，dDB为D2D用户到基站的距离。由香农公式可得D2D用户的信道容量 Q =tog“1 + P -hVpid 'rh +n][公式三]
1IyCiD nCiD T 1 D^uCid1) nd'd 丁 riOPD，为复用相同蜂窝用户资源的另一对D2D用户的发射功率，hdd，为两对复用相同蜂窝用户资源的D2D用户间的信道增益，ddd，是复用相同资源的两对D2D对间的距离，nQ为噪声的单边功率谱密度。在D2D用户采用最大发射功率的条件下即Pd= (dDB)a· δΒ.ρεΒ,令Pra = c · n0, c为常数，则可得D2D对间的干扰功率与噪声功率的比值；P^id^r = d^a - = (-dDB/dnDr Sb-c.n0 =(dmidm,Y.sB.c [公式四]
nQnO而此式通过适当可行的对距离取值是很容易达到远小于I的情况的。具体分配方法实现步骤如下I.由基站将小区分为内环和外环(在外环采用D2D模式能获得更好性能)； 2.将外环分为偶数个相等的区域，正对圆心的两个区域确定为匹配的一组区域，如图2 ；3.基站在匹配的两个区域内分别随机找一对D2D对作为匹配的一组D2D对；4.基站根据当前时刻蜂窝用户对D2D对用户的干扰信道增益、路径衰落和D2D用
户间的信道增益计算D2D用户间的等效信道增H - p,其中Hd表示D2D用户间的
11,OD nCiD
等效信道增益，hd表示D2D用户间的实际信道增益，？1，_表示蜂窝用户对D2D用户的干扰功率，hCiD表不蜂窝用户与D2D用户间的干扰信道增益；5.初始化N和V，分别用来表示每组D2D对分配的子载波数量和等效信道增益，其初始值设为O ;6.对于所有可分配的子载波基站依次为其选择在该子载波上平均等效信道增益最大的一组匹配的D2D对，将该子载波分配给这组匹配的D2D对，并将N所对应的项加I直到其满足所要求的子载波数，则不再为其分配子载波，并用V记录分配到的等效信道增益；7.重复步骤6直到将所有子载波分配完毕；最后根据信道容量公式计算D2D系统的平均容量。该发明相对于传统分配方法能极大地提高D2D用户容量。总之本方法是一种全新高效的D2D资源分配方法，其目的是提高D2D系统容量和频谱利用率，减少蜂窝用户对D2D用户的干扰，从而满足D2D用户高数据速率业务的要求。
权利要求
1.蜂窝通信系统终端直通自适应资源分配方法，其特征在于该资源分配的方法为 1)、根据距离将小区分为内环和外环(在外环采用D2D模式能获得更好性能)，如图I; 2)、将外环分为偶数个相等的区域，正对圆心的两个区域确定为匹配的一组区域； 3)、在匹配的两个区域内分别随机找一对D2D对作为匹配的一组D2D对，如图2； 4)、基站根据当前时刻蜂窝用户对D2D对用户的干扰信道增益、路径衰落和D2D用户间的信道增益计算D2D用户间的等效信道增益= p hdh ,其中Hd为D2D用户间的等效信 rI-CiD nCiD 道增益，hd为D2D用户间的实际信道增益，P1,^为蜂窝用户对D2D用户的干扰功率，hCiD为蜂窝用户与D2D用户间的干扰信道增益； 5)、令N，V用来表示每组D2D对分配的子载波数量和等效信道增益，其初始值设为O; 6)、对于所有可分配的子载波依次为其选择在该子载波上平均等效信道增益最大的一组匹配的D2D对，将该子载波分配给这组匹配的D2D对，并将N所对应的项加I直到其满足所要求的子载波数，则不再为其分配子载波，并用V记录分配到的等效信道增益； 7)、重复步骤6)直到将所有子载波分配完毕。
全文摘要
蜂窝通信系统终端直通自适应资源分配方法，是一种基于正交频分复用系统下的D2D(device-to-device)通信的资源分配方法。基于D2D用户发射功率小的特点考虑了两组D2D对复用相同资源的情况，在为D2D对分配蜂窝用户资源时同时考虑路径衰落、蜂窝用户对D2D用户的干扰信道增益、D2D用户间的信道增益，从而自适应地为匹配的D2D对分配等效信道增益最大的资源以实现吞吐量最大化。优点是能够极大的提高D2D系统容量，而且算法相对简单。
文档编号H04W72/04GK102970758SQ20121053229
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者蒋雁翔, 刘强 申请人:东南大学