一种d2d通信系统中用于蜂窝用户的资源分配方法
【专利摘要】本发明公开了一种D2D通信系统中用于蜂窝用户的资源分配方法，考虑了D2D用户复用所有蜂窝用户资源的复杂场景，最大限度地提高系统的频谱利用率。在D2D用户功率固定的情况下，本发明将原来的混合整数规划问题等效转化为指派为题，从而可以用简单的低复杂度算法得到原问题的最优解，有效地降低了蜂窝用户与D2D用户之间的共信道干扰。
【专利说明】
一种D2D通信系统中用于蜂窝用户的资源分配方法
技术领域
[0001]本发明涉及D2D通信领域，尤其涉及一种D2D通信系统中用于蜂窝用户的资源分配 方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着无线业务的高速增长，频谱资源日益短缺，D2D(Device-t〇-Device) 通信技术可以极大提升系统的频谱利用率，所以被建议在第五代移动通信系统中采用。D2D 通信允许相邻用户直接通信，而不需要经过基站，因此，D2D通信具有降低传输时延、减少能 量消耗的优点。同时，由于D2D用户对之间通常距离较近，发射功率较小，D2D用户可以复用 蜂窝用户的频率资源进行通信，从而可以极大地提高系统频谱效率。
[0003] 然而，虽然D2D用户复用蜂窝用户的频率资源进行通信可以有效提高系统的频谱 效率，但是也会对相互之间造成共信道干扰问题。通常使用有效的资源分配和功率控制算 法减小同频干扰。
【发明内容】
[0004] 发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种D2D通信系统中用于蜂窝用 户的资源分配方法，可以有效减小用户之间的同频干扰问题。
[0005] 技术方案:本发明所述的D2D通信系统中用于蜂窝用户的资源分配方法包括以下 步骤：
[0006] S1、在D2D通信系统中蜂窝用户的功率矩阵q固定时，计算得到系数矩阵 C -(CD,U，其中，?为c的元素，Vm e {ν··，Μ}，A： G ,Μ为蜂窝用户 的个数，Κ为子载波的个数；
[0007] S2、将C中每一行的元素减去该行最小的元素，每一列的元素减去对应列最小的元 素，从而得到C的约化矩阵；
[0008] S3、用最少的水平或垂直直线覆盖约化矩阵中所有的0元素，若直线的数量等于Μ， 若否，执行S4，若是，执行S5;
[0009] S4、选择约化矩阵中未被覆盖元素的最小数，将每个未被覆盖的元素减去该最小 数，被二次覆盖的元素加上该最小数，返回S3;
[0010] S5、从0元素中选择Μ个独立的0元素，令对应的指示变量为1，其他的指示变量为0， 从而得到指示变量矩阵α的最优解，其中，指示变量矩阵α中的指示变量为1时，表示为蜂 窝用户m分配子载波k。
[0011] 其中，系数矩阵C的元素<,的计算公式为：
[0015] 式中，下标m表示蜂窝用户的编号，上标k表示子载波的编号，下标η表示D2D对的编 号，Ν表不D2D对的个数，Μ表不蜂窝用户的个数，δ表不充分小的数，？"1表不表不蜂窝用户m的 最大功率，r m表示蜂窝用户m的最小速率约束，表示在子载波k上蜂窝用户m到基站b的信 道系数，表示在子载波k上蜂窝用户m到D2D对η的信道系数，^表示D2Dn的发射机在子载 波k上的发射功率，^4表示在子载波k上D2D对η的发射机到基站b的信道系数，^表示在子 载波k上D2D对η的发射机到接收机的信道系数，No表示噪声功率。
[0016]进一步的，该方法还包括步骤：
[0017] S6、根据下式计算得到功率矩阵D = ;
[0019]其中，€表示蜂窝用户m在子载波k上的发射功率。
[0020]有益效果:本发明与现有技术相比，其显著优点是:本发明考虑了D2D用户复用所 有蜂窝用户资源的复杂场景，最大限度地提高系统的频谱利用率。在D2D用户功率固定的情 况下，本发明将原来的混合整数规划问题等效转化为指派为题，从而可以用简单的低复杂 度算法得到原问题的最优解，有效地降低了蜂窝用户与D2D用户之间的共信道干扰。当需要 对D2D用户的功率进行进一步优化的时候，可以采用迭代算法分步优化，此时，本发明可以 作为中间步骤。
【附图说明】
[0021]图1是本实施例涉及的D2D通信系统示意图；
[0022]图2是本实施例的流程不意图。
【具体实施方式】
[0023] 本实施例的D2D通信系统如图1所示，图1中，BS为基站，D2D-Tx和D2D-Rx分别表示 D2D对的发射机和接收机，实线箭头表示有用信号，虚线箭头表示干扰信号。D2D通信系统中 有一个基站、Μ个蜂窝用户和N个D2D对，蜂窝用户和D2D对集合分别记作.W = {L….il/}和 丨1.…..V}。考虑SIS0通信，也即所有发射机和接收机都只有一个天线。系统具有K个可 用子载波，将其集合记为Κ = {1,···，^}。假设Κ=Μ，每个蜂窝用户使用不同的子载波进行通 信，每个D2D用户复用所有子载波。用指示变量 <指示用户m是否使用子载波k，也即如果用 户m分配到子载波k，则=1，否则，=〇。蜂窝用户m在子载波k上的信干噪比为
[0025]其中，义表示蜂窝用户m在子载波k上的发射功率，表示在子载波k上蜂窝用户m 到基站的信道系数;类似地，^和^4分别表示D2D发射机η在子载波k上的发射功率以及到基 站的信道系数;No表示噪声功率。D2D接收机η在子载波k上的信干噪比为
[0027]其中，分别表示蜂窝用户m和D2D发射机Y在子载波k上到D2D接收机Y的 十目道系数。记, 巧1,…，，.分= 在D2D用户功率q固定时，最大化D2D用户和速率并保证蜂窝用户QoS要求的优化问题可以表 述如下
[0034] 上述问题是一个混合整数规划问题，很难求得c^Pp的最优解。本发明先将其等效 表示成一个指派问题，然后提出了一个低复杂度的方案得到α和p的最优解。
[0035] 如图2所示，本发明实施例具体包括以下步骤：
[0036] S1、在D2D通信系统中蜂窝用户的功率矩阵q固定时，计算得到系数矩阵 C7 = -(4)Λ/χΧ 其中，为C的兀素，V.m €.人€ 尤=.{1，…,if}。
[0037] 其中，系数矩阵C的元素^的计算公式为：
[0041 ] 式中，下标m表示蜂窝用户的编号，上标k表示子载波的编号，下标η表示D2D对的编 号，Ν表不D2D对的个数，Μ表不蜂窝用户的个数，δ表不充分小的数，？"1表不表不蜂窝用户m的 最大功率，r m表示蜂窝用户m的最小速率约束，表示在子载波k上蜂窝用户m到基站b的信 道系数，i/i表示在子载波k上蜂窝用户m到D2D对η的信道系数，^表示D2Dn的发射机在子载 波k上的发射功率，表示在子载波k上D2D对η的发射机到基站b的信道系数，表示在子 载波k上D2D对η的发射机到接收机的信道系数，No表示噪声功率。
[0042] S2、将C中每一行的元素减去该行最小的元素，每一列的元素减去对应列最小的元 素，从而得到C的约化矩阵。
[0043] S3、用最少的水平或垂直直线覆盖约化矩阵中所有的0元素，若直线的数量等于M， 若否，执行S4，若是，执行S5。
[0044] S4、选择约化矩阵中未被覆盖元素的最小数，将每个未被覆盖的元素减去该最小 数，被二次覆盖的元素加上该最小数，返回S3。
[0045] S5、从0元素中选择Μ个独立的0元素，令对应的指示变量为1，其他的指示变量为0， 从而得到指示变量矩阵α的最优解，其中，指示变量矩阵α中的指示变量为1时，表示为蜂 窝用户m分配子载波k。
[0046] S6、根据下式计算得到功率矩阵P = 的最优解；
[0048] 其中，表示蜂窝用户m在子载波k上的发射功率。
[0049] 以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范 围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
【主权项】
1. 一种D2D通信系统中用于蜂窝用户的资源分配方法，其特征在于该方法包括以下步 骤： 51、 在D2D通信系统中蜂窝用户的功率矩阵q固定时，计算得到系数矩阵Cf = -(<)υ A_, 其中，<为C的兀素，Vw ￡別=，M为蜂窝用户的个数，K为子载 波的个数； 52、 将C中每一行的元素减去该行最小的元素，每一列的元素减去对应列最小的元素， 从而得到C的约化矩阵； 53、 用最少的水平或垂直直线覆盖约化矩阵中所有的O元素，若直线的数量等于M，若 否，执行S4，若是，执行S5; 54、 选择约化矩阵中未被覆盖元素的最小数，将每个未被覆盖的元素减去该最小数，被 二次覆盖的元素加上该最小数，返回S3; 55、 从O元素中选择M个独立的O元素，令对应的指示变量为1，其他的指示变量为0,从而 得到指示变量矩阵α的最优解，其中，指示变量矩阵α中的指示变量为1时，表示为蜂窝用 户m分配子载波k。2. 根据权利要求1所述的D2D通信系统中用于蜂窝用户的资源分配方法，其特征在于， 系数矩阵C的元素&的计算公式为：式中，下标m表不蜂窝用户的编号，上标k表不子载波的编号，下标η表不D2D对的编号，N 表示D2D对的个数，M表示蜂窝用户的个数，δ表示充分小的数，Pm表示表示蜂窝用户m的最大 功率，r m表示蜂窝用户m的最小速率约束，匕表示在子载波k上蜂窝用户m到基站b的信道系 数，fi表示在子载波k上蜂窝用户m到D2D对η的信道系数，< 表示D2Dn的发射机在子载波k 上的发射功率，表示在子载波k上D2D对η的发射机到基站b的信道系数，表示在子载波 k上D2D对η的发射机到接收机的信道系数，No表示噪声功率。3. 根据权利要求2所述的D2D通信系统中用于蜂窝用户的资源分配方法，其特征在于， 该方法还包括步骤： 56、 根据下式计算得到功率矩阵其中，??表示蜂窝用户m在子载波k上的发射功率。
【文档编号】H04W72/08GK106028348SQ201610543524
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】陈明, 徐浩
【申请人】东南大学