返回步骤（13)。
[0081] 对于图2所示的下行链路情况，我们采用如下方法获得蜂窝用户的发射功率Pi和 'N' 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max乙乙皆(巧，q,} ' /--1/=1
[0082] (21)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
S
[008引倘）W( ?)(。表示（?）的第1次迭代结果，非"=[姑-1，说',…，媒1，...，撒;、 A:。=[<'，准聲，…，端]、护i=[M…，皆、，...，地 初始化qf、=0、Af=1、：入W= 0、JiW= 0,给定计算精度e1、e2、e3,初始化迭代次数t= 0、s= 0、k= 0;[0084] 似）计算9产11=巧#)，其中：
[0085]
[0086]
[0087] 其中：J,(qfi)表示迭代函数构成的函数向量， J,地-))=机…，^灿。)，...，*4/站"；)]:
[008引 汹）对于所有i=I，2,…，N、j=I，2,…，M，判断I势…-C|<€3是否成立：若成 立，则进入步骤（25);否则令k=k+1，返回步骤（23);
[0089] (25)计算乂例叫乂…-巧作-窒巧-窒巧乏0向門+'巧'表示更新常数，P表示 仁L /二1 所有蜂窝用户的最大和功率限制；计算知"。=[A.…-c，(0,.-|>rr，巧i表示更新常数，Qj表示第j对D2D用户的最大和功率限制；
[0090] (26)对于所有j= 1，2,…，M，判断I入(S")-入(s)|<e2且Iy>")-ii,(s)|<￡2是否 成立：若成立，则进入步骤（27);否则令S=S+1且k= 0,返回步骤（23);
[0091](27)计算
，其中却二為馬川!。）；
[009引 （28)判断|4"i_4"|<A是否成立：若成立，则将q:"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（21)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、聲.(巧，化巧日巧;(A，q;)否则令t=t+1、S=S+1且k= 0,返回步骤（23)。
[0093] 图4为图1和图2两种实例基于上述算法输出的D2D和通信速率与蜂窝用户QoS 的关系，当蜂窝用户QoS提高时，D2D用户的通信速率会降低，运是因为蜂窝用户QoS的提高 意味着自身发射功率的提高和所允许的干扰的减小，从而D2D用户发射功率就得减小，因 此整体通信速率会下降。由于和功率限制情况下，D2D用户不同信道上的发射功率相互禪 合，功率分配灵活度更高，因而其D2D用户的通信速率大于D2D用户独立功率限制的情况。
[0094] 图5为上述两种实例优化的D2D用户和通信速率与蜂窝用户数量的关系。当蜂窝 数量提高时，D2D用户可共享的蜂窝资源更多，从而应用本发明输出的D2D用户和通信速率 会有所提高。图6为上述两种实例优化的D2D用户和通信速率与D2D用户对数量的关系， 当D2D用户增加时，算法优化值也提高，运是因为在本发明基于的D2D系统中，同一蜂窝频 带同时可被所有的D2D用户共享，对于信道环境较好的D2D用户，其本身D2D信道衰落小， 同时对蜂窝用户产生的干扰信道衰落也大，优化算法倾向于提高此类D2D用户的发射功率 从而提高整体的和速率，而当D2D用户对增加时，意味着D2D信道选择的增加，即出现此类 理想D2D信道的可能性也更大，会有利于整体速率的提高。
[0095] W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W做出若干改进和润饰，运些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 单信道蜂窝用户情况下的D2D功率分配快速优化算法，其特征在于：本算法用凸近 似的方法将非凸问题近似为凸问题，并通过多层迭代快速收敛到凸问题的优化解，即蜂窝 用户和D2D用户的发射功率分配，从而得到所有D2D用户的优化和通信速率；本算法适用于 蜂窝用户独立功率限制以及D2D用户独立功率限制情况和蜂窝用户和功率限制以及D2D用 户和功率限制两种情况，根据两种情况的特点采用不同的D2D用户通信速率优化方法，优 化目标均为最大化所有D2D用户的和通信速率。2. 根据权利要求1所述的单信道蜂窝用户情况下的D2D功率分配快速优化算法，其特 征在于： 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：Pi表示蜂窝用户i在蜂窝频带i上的发射功率；qi表示D2D 用户在蜂窝频带i上的发射功率向量，q;=[qqi2，…，qu，…，qiM]，qu表示第j对D2D用 户在蜂窝频带i上的发射功率；&1表示蜂窝用户i到基站的归一化后的信道增益；0、,表 示第j对D2D用户对蜂窝用户i干扰信道的信道增益；ri]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；0u表示蜂窝用户i对第j对D2D用户干扰信道的信道增益； IlU表示第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；Pi表示 蜂窝用户i的最低通信速率； (一）在蜂窝用户独立功率限制以及D2D用户独立功率限制下，采用如下算法解决D2D用户通信速率优化问题： (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(12) 以（?）⑴表示（?）的第1次迭代结果，#) =[#，治…、 ▲广=[4>，名>，"，4'、4^];初始化9|?=0、^ ): = 1、拉格朗日算子#)：)=〇,给定计算 精度ei、e2、初始化迭代次数t= 〇、S= 〇、k= 0;其中：Ji. (qf)表示迭代函数构成的函数向量，(14)对于所有i= 1，2,…，N、j= 1，2,…，M，判断|ff+1>-<1<53是否成立：若成立， 则进入步骤（15);否则令k=k+1，返回步骤（13);i在蜂窝频带i上允许的最大发射功率； (16)判断卜,_-义广|<4是否成立：若成立，则进入步骤（17);否则令s=s+l且k= 0,返回步骤（13);(18)判断巧是否成立：若成立，则将qfM乍为优化后的D2D用户在蜂窝频 带i上的发射功率向量'输出，并按照步骤（11)中的关系求出对应q:的蜂窝用户i在蜂 窝频带i上的发射功率瓦、/?,?》和丨）.;否则令t=t+l、s=S+1且k= 0,返 回步骤（13); (二）在蜂窝用户和功率限制以及D2D用户和功率限制下，采用如下算法解决D2D用户 通信速率优化问题：第j对D2D用户的最大和功率限制； (26)对于所有j= 1，2,…，M，判断I入(s+1)_入(s)I〈e2且Iy/s+1)-y严I〈e2是否成立： 若成立，则进入步骤（27);否则令s=s+1且k= 0,返回步骤（23);(28)判断|<山-是否成立：若成立，则将f作为优化后的D2D用户在蜂窝频 带i上的发射功率向量输出，并按照步骤（21)中的关系求出对应q丨的蜂窝用户i在蜂 窝频带i上的发射功率W丨）和巧;否则令t = t+l、s = s+1且k= 0,返 回步骤（23)。
【专利摘要】本发明公开了一种单信道蜂窝用户情况下的D2D功率分配快速优化算法，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，应用本算法可以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qi。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。本算法具有收敛速度快，计算量小，易于实现，结果精度高等优点。
【IPC分类】H04W4/00, H04W72/04
【公开号】CN105142224
【申请号】CN201510541155
【发明人】王家恒, 张建飞, 史锋峰, 梁霄, 赵春明
【申请人】东南大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月28日