可使用所有的蜂窝信道；应用本算法可输出所有D2D 用户在不同频带上的优化发射功率，最大化D2D用户的通信速率；2、本发明中同一蜂窝频 带同时可被所有D2D用户使用，而不仅限于最多一个D2D用户使用，频谱资源共用更加灵 活；3、本发明适用于蜂窝用户和功率限制及独立功率限制，D2D用户和功率限制及独立功 率限制等多种限制条件，适用于基于下行链路的共享和基于上行链路的共享，应用场景广； 4、本发明中提出的算法收敛速度快，可构造成异步时的分布实现，进一步提高时间复杂度。
【附图说明】
[0035] 图1为基于蜂窝网上行链路的D2D通信技术系统示意图；
[0036] 图2为基于蜂窝网下行链路的D2D通信技术系统示意图；
[0037] 图3为蜂窝用户和D2D用户在蜂窝中随机分布的位置示意图；
[0038] 图4为D2D用户为和功率限制及独立功率限制时，优化后的D2D用户和通信速率 与蜂窝用户最低通信速率限制的关系；可W看到，当蜂窝用户QoS提高时，D2D用户的通信 速率会降低；
[0039] 图5为D2D用户为和功率限制及独立功率限制时，优化后的D2D用户和通信速率 与蜂窝网中蜂窝用户数量的关系；可W看到，当蜂窝用户数量提高时，D2D用户的通信速率 有所提局；
[0040] 图6为D2D用户为和功率限制及独立功率限制时，优化后的D2D用户和通信速率 与蜂窝网中D2D用户对的数量的关系；可W看到，当D2D用户对数量适量增加后，其和通信 速率也会提高。
【具体实施方式】
[0041] 基于蜂窝网的D2D用户的通信速率优化问题是一个复杂的非凸非线性的优化问 题，本发明针对的蜂窝用户为单信道、D2D用户为多信道，应用本算法可W在蜂窝用户和功 率限制、独立功率限制，D2D用户和功率限制及独立功率限制等多种情况下，快速优化并求 解出蜂窝用户发射功率Pi和D2D用户发射功率q1。采用本优化算法得到的发射功率能够保 证蜂窝用户的通信速率要求，并最大化所有D2D用户在所有蜂窝频带上的通信速率之和。 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0042] 图1和图2中实线为非干扰信道，虚线为D2D用户对和蜂窝用户之间、不同D2D用 户对之间的干扰信道；Cellularuseri表示蜂窝用户i，D2DjTx表示第j对D2D用户对 发送机，D2DjRx表示第j对D2D用户对接收机，图中各个参数的说明如下：
[0043] ；蜂窝用户i到基站的信道，蜂窝用户i占用的蜂窝频带也标记为i;
[0044] 蜂窝用户i对第j对D2D用户对接收机的干扰信道；
[004引 各第j对D2D用户对在蜂窝频带i上的信道；
[0046] 每=第j对D2D用户对对蜂窝用户i的干扰信道；
[0047] :第k对D2D用户对发射机在蜂窝频带i上对第j对D2D用户对接收机的干扰 信道。
[0048] 设蜂窝系统共有N个蜂窝用户和M对D2D用户，N个蜂窝用户对应N个蜂窝频带， 蜂窝用户i对应蜂窝频带i;定义如下参数：
[0049] Pi表示蜂窝用户i在蜂窝频带i上的发射功率；
[0050] q康示D2D用户在蜂窝频带i上的发射功率向量，qi= [q…q。，…，QiJ,…，QiM]， %表示第j对D2D用户在蜂窝频带i上的发射功率；
[0051] ai表示蜂窝用户i到基站的归一化后的信道增益；
[0052] 0 1,表示第j对D2D用户对蜂窝用户i干扰信道的信道增益；
[0053] ru表示第j对D2D用户在蜂窝频带i上的归一化后的信道增益；
[0054] 0。表示蜂窝用户i对第j对D2D用户干扰信道的信道增益；
[0055] C1,康示第1对D2D用户对第j对D2D用户在蜂窝频带i上的干扰信道的增益；
[0056]P1表示蜂窝用户i的最低通信速率；
[0057] Pi表示蜂窝用户i在蜂窝频带i上允许的最大发射功率；
[0058] Qi,表示第j对D2D用户在蜂窝频带i上允许的最大发射功率；
[0059] P表不所有蜂窝用户的最大和功率限制；
[0060] Qj表示第j对D2D用户的最大和功率限制。
[0061] 图1所示为基于蜂窝系统上行链路的D2D通信技术系统示意图，可知蜂窝用户i 在蜂窝频带i上的发射功率Pi、蜂窝用户i每赫兹的通信速率巧(A.q,.)、第j对D2D用户
[0062] 在所有蜂窝频带上每赫兹的和通信速率^-<(化、9,.)如下：i=l
[0063]
[0064]
[0065] 其中：诉为蜂窝用户i上的高斯白噪声功率，<< 为第j对D2D用户在蜂窝频带i 上收到的高斯白噪声功率。
[0066] 在该系统中，我们的优化目标为最大化所有D2D用户的和通信速率，即： M M max艺艺馬(巧，q,.)。由于是单信道蜂窝用户，因此有最低通信速率保障化，q,.)>A;由 (:'=1抖 于是上行链路，因此蜂窝用户由独立的发射功率限制0《P1;同时我们设D2D用户为 独立发射功率限制，因此有0《屯，《Q1，。
[0067] 图2所示为基于蜂窝系统下行链路的D2D通信技术系统示意图；在该系统中，我们 N M 的优化目标同样是最大化所有〇20用户的和通信速率，即：1~〇(完；￡成(,'7,，9,〇。蜂窝用户 /=1 J=I 也有最低通信速率保障K(/?>,.，中）A;由于是下行链路，发射机为基站，其功率限制为和功 林M 率限制，即1；巧 <戶；同时我们设D2D用户为和功率限制，因此有主听。 M Z-I
[0068] 具体实施时，设蜂窝半径为500m，蜂窝频带带宽15000Hz，8个蜂窝用户，6对D2D 用户对，固定D2D发射机到接收机距离为20m，上行链路蜂窝用户最大发射功率为24地m， D2D用户独立功率限制也为24地m，下行链路基站最大发射功率上行情况下所有蜂窝用 户最大发射功率之和，D2D和功率限制也为独立功率限制之和，高斯白噪声功率谱密度 为-174地m，指数信道衰落指数为3. 5。图3为蜂窝用户和D2D用户在蜂窝中随机分布示意 图，图中圆圈代表蜂窝用户，星状为D2D用户对，中央为基站。
[0069] 对于图1所示的上行链路情况，我们采用如下方法获得蜂窝用户的发射功率Pi和 W M D2D用户的发射功率屯，并得到对应的所有D2D用户的和通信速率maxY乙' /=J户I
[0070] (11)按照蜂窝频带将D2D用户通信速率优化问题划分为N个可平行计算的子问 题，蜂窝用户i的通信速率为
第j对D2D用户在蜂窝频带i 上的通信速率为
[0071] (。）W( ?)…表示（?）的第1次迭代结果，q;。=[说'，始|，...，據'，…，说，> ;初始化9;"=0、Af^i:=l、考。)=0，给定计算精度e1、^2、e3,初始化迭代次数t= 0、s= 0、k= 0;
[007引（蝴计算qf州=J;拥严)，其中：
[0073]
[0074]
[00巧]其中：J,.姐"）表示迭代函数构成的函数向量， !,.姐叫二队姐叫-石姐-，)，…，*^^")，…，*/…^"、)];
;
[007引 （I4)对于所有i=I，2,…，N、j=I，2,…，M，判断|於。-據1<《3是否成立：若成 立，则进入步骤（15);否则令k=k+1，返回步骤（13);
[0077] (15)计算
，其中表示更新常数，Pi表示蜂窝 用户i在蜂窝频带i上允许的最大发射功率；
[007引 （16)判断护…-乂尸|<&是否成立：若成立，则进入步骤（17);否则令S=S+1且k= 0,返回步骤（13);
[0079] (17)计算
其中Z0 =細?,;(qf));
[0080] (18)判断是否成立：若成立，则将#作为优化后的D2D用户在蜂 窝频带i上的发射功率向量Qi输出，并按照步骤（11)中的关系求出对应Qi的蜂窝用户i 在蜂窝频带i上的发射功率Pi、(化，q,)和鸣(巧，q,.);否则令t=t+1、S=S+1且k= 0,