一种蜂窝移动通信系统中d2d链路的无线资源分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于蜂窝移动通信领域，涉及一种蜂窝移动通信系统中D2D链路的无线资 源分配方法。
【背景技术】
[0002] 移动通信的发展对通信的容量、系统的负载量的要求不断提高，而D2D通信技术 能有效地提高系统频带效率，降低基站负载，也能使近距离用户有较高的传输速率。但是在 某一蜂窝小区内，既存在蜂窝用户，也存在D2D用户，所以蜂窝系统中单小区内分配给D2D 链路的子载波资源数有限，并考虑到小区内的同频干扰与负载的均衡，这就导致了蜂窝移 动通信系统中D2D链路的无线资源的合理分配，以保证系统的效用最优，目前尚缺少能够 有效解决该问题的算法。
【发明内容】
[0003] 为了解决在蜂窝移动通信系统中D2D链路的无线资源分配问题，本发明提供一种 蜂窝移动通信系统中D2D链路的无线资源分配方法。
[0004] 本发明提供了一种蜂窝移动通信系统中D2D链路的无线资源分配方法，如图1所 示，通过将D2D用户频域分组和每个分组中进行单载波资源分配的方法解决了蜂窝系统中 无线资源分配问题。在对单个蜂窝小区内D2D链路进行频域分组时，每个分组内的链路被 分配使用同一个子载波资源，即将多载波多用户的无线资源分配问题转化为单载波多用户 场景下的D2D链路调度问题。针对这一问题，本发明提出了一种适用于蜂窝移动通信系统 的单载波资源分配方法来完成单载波资源的调度。该方法通过迭代更新每个时隙下D2D链 路的权重，同时不断地调用单载波资源分配的方法分配子载波资源，直至每个时隙下所有 子载波资源都完成分配。
[0005] 本发明采用的技术方案，具体如下：
[0006] 将蜂窝移动通信系统中单小区的D2D链路建模为图模型G= (V，E)，其中V表示小 区内的D2D链路；小区内使用同一子载波资源的D2D链路间干存在同频扰，若干扰大于一定 门限则认为D2D链路间存在干扰，用干扰边表示，E表示干扰边的集合，若干扰小于门限，则 认为D2D链路间不存在干扰。
[0007] 如图2所示，适用于蜂窝移动通信系统中多载波单小区的D2D链路分组的方法具 体有以下六个步骤，其中N为单小区内D2D链路数，J为单小区内的子载波资源数：
[0008] (1)算法初始化，q=l。
[0009] (2)确定第q个D2D链路的可用子载波资源集合Jq。
[0010] (3)假设将Jq中的每个子载波资源分别分配给D2D链路q使用，则Jq中的每个子 载波分组中都可能会引起干扰的增加，用图模型中的干扰边的增量AE来表示，并找出引 起干扰边的增量AE最小的子载波分组，将所有满足条件的子载波资源记为集合V。
[0011] (4)在J/中的各个子载波分组中，找出包含D2D链路数最少的子载波分组，即为 负载最小的子载波分组。
[0012] (5)若（4)中确定的负载最小的子载波分组唯一，则直接将D2D链路q分配给该子 载波分组；若不唯一，则将D2D链路q任意分配给其中一个子载波分组即可。至此完成对第 q个D2D链路的分组。
[0013] (6)q增加1，转到（2)，直到q>N为止。
[0014] 在上述的六个步骤中，对步骤（2)进一步说明，考虑到相邻小区D2D链路间的同频 干扰，则小区内的D2D链路的可用子载波集合并不一定是小区内全部子载波资源。在步骤 (2)中，采用分数频率复用的方法确定Jq，对Jq的解释在具体实施方案中会详细提到。
[0015] 单小区内的所有D2D链路完成分组后，开始对每个分组中的D2D链路进行调度，调 度的原则是使系统在当前时隙内吞吐量的对数和最大。设U(t)为前t个时隙内所有D2D 链路吞吐量的对数和，即
【主权项】
1. 本发明提供了一种蜂窝移动通信系统中D2D链路的无线资源分配方法，通过将D2D 用户分组和每个分组中进行单载波资源分配的方法实现蜂窝系统中的无线资源分配；在对 单个蜂窝小区内D2D链路进行分组时，每个分组内的链路被分配使用同一个子载波资源， 即将多载波多用户的无线资源分配问题转化为单载波多用户场景下的D2D链路调度问题， 通过适用于蜂窝移动通信系统的单载波资源分配方法来完成子载波资源的分配，并通过迭 代更新每个时隙下D2D链路的权重，同时不断地调用单载波资源分配的方法分配子载波资 源，直至每个时隙下所有子载波资源都完成分配；具体包含以下五个步骤： 步骤[101]:判断所有D2D链路是否分组完毕，若分组结束转到步骤[103]; 步骤[102]:对D2D链路进行分组； 步骤[103]:判断子载波资源是否调度完毕，若子载波资源调度完毕，则结束，否则继 续； 步骤[104]:更新D2D链路的权重； 步骤[105]:根据所提单载波资源分配方法对D2D链路进行资源调度，然后转到步骤 [103]。
2. 根据权利要求1中所述的蜂窝移动通信系统的D2D链路无线资源分配方法，其特征 在于：在对单小区内的D2D链路进行分组时，考虑干扰与负载的均衡，该方法包括以下五个 步骤，包含于所述步骤[101]、[102]中，具体如下： 步骤[201]:初始化q= 1，子载波资源总数为J，D2D链路数为N; 步骤[202]:确定第q个D2D链路的可用子载波资源集合Jq; 步骤[203]:假设分别将Jq中每个子载波资源分配给D2D链路q使用，并找出由于加入D2D链路q而引起同频干扰最小的子载波资源分组，将所有满足条件的子载波资源记为集 合Jq'; 步骤[204]:在子载波资源集合Jq'中找出负载最小的分组，将第q个D2D链路分配给 该子载波资源分组； 步骤[205] :q增加1，转到步骤[202]，直到q>N为止。
3. 根据权利要求1所述的一种蜂窝移动通信系统中D2D链路的无线资源分配方法， 其特征在于：在解决单载波无线资源分配问题时，不断迭代更新D2D链路在不同时隙下的 权重，同时建模转化为寻找最大点权独立集，该方法包括以下六个步骤，包含于所述步骤 [103]?[105]中，具体如下： 对于小区内的每个D2D链路分为被调度和未被调度，分别记为x= 1和x= 0。假设U(t)为在前t个时隙内吞吐量对数值，通过一阶Taylor展开，得到U(t)等价于前t-1个时 隙内吞吐量与当前时隙被调度的D2D链路的权重的和有关，其中某一时隙t的D2D链路的 权重为该D2D链路在时隙t的吞吐量与其前t个时隙的总的吞吐量的比值； 步骤[301]:初始化时隙slot= 1(slot= 1，2，...），此时小区内的每个D2D链路都被 赋予一个较小的随机权重。将小区建模为一个图模型，图模型中的点代表小区内的D2D链 路，边代表两D2D链路之间存在同频干扰，初始化i= 1 ; 步骤[302]:判断所有时隙是否调度结束，若为否，转到下一步； 步骤[303]:对第i(i= 1，2，...，J) (J为所有子载波资源的个数）个子载波分组； 步骤[304]:根据权重的定义更新每个D2D链路权重； 步骤[305]:根据限制条件：存在干扰边的两D2D链路在同一时隙下不能被同时调度， 将单载波资源分配问题转化为求解该时隙下第i个子载波分组的最大点权独立集，并找出 第i个分组下的最大点权独立集，实现单载波资源分配； 步骤[306] :i增加1，转至步骤[303]，直至i>J为止。若所有时隙均已调度结束，则 算法结束；slot增加1，再按照步骤[301]中的方法建立模型，转至步骤[303]。
【专利摘要】本发明公开了一种蜂窝移动通信系统中D2D链路的无线资源分配方法，通过分组和单载波资源分配的方法解决蜂窝移动通信系统中的无线资源分配问题。首先对单小区内的所有D2D链路进行分组，并为每个分组分配一个子载波资源，将多载波多用户的资源分配问题转化为单载波多用户的资源分配；然后提出一种适用于蜂窝移动通信系统的单载波资源分配方法来完成单载波多用户的资源分配。本发明提出的D2D链路的单载波资源的分配方法通过数学建模转化成为寻找最大点权独立集的问题，同时不断地迭代更新每个时隙下D2D链路的权重，使得每个时隙都能实现资源的最优分配。这种方法有效地控制了算法的复杂度，增加了蜂窝移动通信系统的吞吐量，提高了蜂窝移动通信系统的频谱利用率。
【IPC分类】H04W72-12, H04W72-04
【公开号】CN104602353
【申请号】CN201510090640
【发明人】张源, 武文斌, 高西奇, 尤肖虎
【申请人】东南大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年2月27日