一种资源分配方法及装置与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种资源分配的方法及装置。

背景技术：

D2D(Device-to-Device，终端直通)的通信模式可以适应高速率的数据传输的应用，能够满足人们对数据的高速传输的需求。在蜂窝系统的控制下，D2D用户复用蜂窝小区的频率资源，可以在很大程度上提升频谱效率。目前研究的方向是最大化通信系统的性能指标，如吞吐量、功率和能耗等。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

在目前对通信系统的性能指标进行最大化的过程中，会需要D2D用户复用蜂窝用户资源，此时，会造成蜂窝用户速率的损耗。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种资源分配的方法，用于在D2D用户复用蜂窝用户资源时，减小蜂窝用户的速率的损耗。

一方面，本发明实施例提供了一种资源分配方法，包括：

获取待接入蜂窝小区的D2D用户集合以及所述蜂窝小区内的蜂窝用户集合；

对所述D2D用户集合和所述蜂窝用户集合进行功率分配；

根据功率分配结果，确定所述D2D用户集合以及所述蜂窝用户集合各自对应的小区资源。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，对所述D2D用户集合和所述蜂窝用户集合进行功率分配的方法，包括：

根据功率约束条件和QoS约束条件，确定单个D2D用户与单个蜂窝用户的用户对；

根据所述单个D2D用户与单个蜂窝用户的用户对，确定与所述用户对对应的功率增益函数；

从满足所述功率约束条件和所述QoS约束条件的用户功率对中，选择使所述功率增益函数最大化的用户功率对，作为所述用户对的用户功率分组。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述根据功率分配结果，确定所述D2D用户集合以及所述蜂窝用户集合各自对应的小区资源的方法，包括：

根据每个用户对的用户功率分组，生成复用矩阵；

根据所述复用矩阵，构造二部图；

根据Kuhn-Munkres算法，获得二部图的最大权值匹配；

根据所述最大权值匹配，确定所述D2D用户集合以及所述蜂窝用户集合各自对应的小区资源。

另一方面，本发明实施例提供了一种资源分配装置，包括：

获取单元，用于获取待接入蜂窝小区的D2D用户集合以及所述蜂窝小区内的蜂窝用户集合；

分配单元，用于对所述D2D用户集合和所述蜂窝用户集合进行功率分配；

确定单元，用于根据功率分配结果，确定所述D2D用户集合以及所述蜂窝用户集合各自对应的小区资源。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述分配单元，包括：

第一确定模块，用于根据功率约束条件和QoS约束条件，确定单个D2D用户与单个蜂窝用户的用户对；

第二确定模块，用于根据所述单个D2D用户与单个蜂窝用户的用户对，确定与所述用户对对应的功率增益函数；

选择模块，用于从满足所述功率约束条件和所述QoS约束条件的用户功率对中，选择使所述功率增益函数最大化的用户功率对，作为所述用户对的用户功率分组。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述确定单元包括：

生成模块，用于根据每个用户对的用户功率分组，生成复用矩阵；

构造模块，用于根据所述复用矩阵，构造二部图；

获取模块，用于根据Kuhn-Munkres算法，获得二部图的最大权值匹配；

第三确定模块，用于根据所述最大权值匹配，确定所述D2D用户集合以及所述蜂窝用户集合各自对应的小区资源。

本发明实施例提供了一种资源分配方法及装置，通过获取D2D用户集合和蜂窝用户的功率分配，以及D2D用户和蜂窝用户所构成的用户对的增益，进行D2D用户复用蜂窝用户资源的资源分配。这种资源分配方法在提高通信系统性能指标的同时，最大化D2D用户的速率增益和降低蜂窝用户的速率损失，降低了整个蜂窝小区的功率损耗。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例所提供的一种资源分配的方法流程示意图；

图2是D2D用户与小区蜂窝用户的示意图；

图3是本发明实施例所提供的另一种资源分配的方法流程示意图；

图4是本发明实施例所提供的另一种资源分配的方法流程示意图；

图5是本发明实施例所提供的另一种资源分配的方法流程示意图；

图6是本发明实施例所提供的一种资源分配的装置组成框图；

图7是本发明实施例所提供的另一种资源分配的装置组成框图；

图8是本发明实施例所提供的另一种资源分配的装置组成框图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述XXX，但这些XXX不应限于这些术语。这些术语仅用来将XXX彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一XXX也可以被称为第二XXX，类似地，第二XXX也可以被称为第一XXX。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

本发明实施例给出一种资源分配的方法，请参考图1，其为本发明实施例所提供的资源分配方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

101、获取待接入蜂窝小区的D2D用户集合以及所述蜂窝小区内的蜂窝用户集合。

蜂窝小区内的蜂窝用户集合C＝{C1C2...CN}和D2D用户集合D＝{D1D2...DM}，如图2所示，该图是D2D用户21和所述蜂窝小区内的蜂窝用户22的示意图。

102、对所述D2D用户集合和所述蜂窝用户集合进行功率分配。

103、根据功率分配结果，确定所述D2D用户集合以及所述蜂窝用户集合各自对应的小区资源。

本发明实施例提供了一种资源分配方法，通过获取D2D用户集合和蜂窝用户的功率分配，以及D2D用户和蜂窝用户所构成的用户对的增益，进行D2D用户复用蜂窝用户资源的资源分配。这种资源分配方法在提高通信系统性能指标的同时，最大化D2D用户的速率增益和降低蜂窝用户的速率损失，降低了整个蜂窝小区的功率损耗。

进一步，在本发明实施例的另一种实施方式中，针对步骤102所述对所述D2D用户集合和所述蜂窝用户集合进行功率分配，本发明实施例还提供了相应的方法流程，该方法流程如图3所示，具体如下：

301、根据功率约束条件和QoS约束条件，确定单个D2D用户与单个蜂窝用户的用户对。

此步骤就是要确定可以复用相同资源的单个D2D用户与单个蜂窝用户组成的用户对。

QoS(Quality of Service，服务质量)指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力，确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。

根据最低QoS需求，计算蜂窝用户C中用户j与D2D用户i的功率，计算公式如下：

其中，σ²为高斯白噪声的方差，ξi，min表示D2D用户i的最低QoS需求，ξj，min表示蜂窝用户j的最低QoS需求，gj，j为表示蜂窝用户到基站的路径损耗，gi，i表示D2D用户发送者到D2D用户接收者的路径损耗，gi，j表示D2D用户发送者到基站的路径损耗，gj，i表示蜂窝用户到D2D用户接收者的路径损耗。

与满足功率约束条件0≤Pi≤Pmax，0≤Pj≤Pmax(Pmax为蜂窝用户的D2D用户的最大发射功率)，就认为蜂窝用户i与D2D用户j存在复用的可能，蜂窝用户i与D2D用户j就是一组用户对。

302、根据所述单个D2D用户与单个蜂窝用户的用户对，确定与所述用户对对应的功率增益函数。

303、从满足所述功率约束条件和所述QoS约束条件的用户功率对中，选择使所述功率增益函数最大化的用户功率对，作为所述用户对的用户功率分组。

本发明实施例给出一种资源分配的方法，将最大化D2D用户的速率增益和最小化蜂窝用户的速率损失组成的多目标问题，采用线性加权法将多目标问题转化为最大化系统吞吐量增益问题。

多目标优化的表达式为：

maxDgain and minCloss

其中，D2D用户的速率增益Dgain＝log2(1+ξD)，蜂窝用户的速率损失ξD为D2D用户复用后所达到的信干噪比，ξC为蜂窝用户复用后所达到的信干噪比，为蜂窝用户复用前采用同样发射功率能达到的信干噪比。

采用线性加权法来构造评价函数为：

maxλ1Dgain+λ2Closs

Dgain、Closs均是关于蜂窝用户发射功率和D2D用户发射功率的函数，Dgain是关于蜂窝用户发射功率的递减函数，Closs是关于蜂窝用户发射功率的递增函数，为了使得各目标函数的在某一变量上的求解方向一致，且无任何偏向性，则令λ1＝1，λ2＝-1。从而得到评价函数，其含义可表示最大化系统吞吐量增益。

根据最大化吞吐量增益的数学表述示为：

其中，log2(1+ξi)表示D2D用户的速率增益Dgain，表示蜂窝用户的速率损失Closs。

约束条件：

0≤Pi≤Pmax，0≤Pj≤Pmax。

其中，ξi为D2D用户i复用后所达到的信干造比，ξj为蜂窝用户j复用后所达到的信干造比，为蜂窝用户j复用钱所达到的信干造比，Pi为D2D用户i的发射功率，Pj为蜂窝用户j的发射功率。

根据上述的数学表述式和约束条件，确定蜂窝用户和D2D用户的功率分配。

进一步，在本发明实施例的另一种实施方式中，针对303步骤功率分配结果，确定所述D2D用户集合以及所述蜂窝用户集合各自对应的小区资源，本发明实施例还提供了相应的方法流程，该方法流程如图4所示，具体如下：

401、根据每个用户对的用户功率分组，生成复用矩阵。

生成复用矩阵的方法流程如图5所示，具体步骤如下：

4011、初始化复用矩阵，该初始化的复用矩阵是一个M×N的零矩阵。

其中，M为蜂窝小区内蜂窝用户的数量，N为D2D用户的数量。

4012、根据获得功率分配组合与功率约束条件，确定初步的复用矩阵元素，在满足功率约束条件时，将初始化的复用矩阵的相应元素设置为1，即表示存在一个可行的用户对，否则为0。

4013、根据功率分配，计算出用户对吞吐量增益。

计算每个可行的用户对的增益，当增益大于0时，用该增益值替换原来的1，当增益不大于0时，相对应的复用矩阵元素修改为0。

4014、通过计算出所有的用户对的吞吐量增益，从而就可以确定出复用矩阵的全部元素。

402、根据所述复用矩阵，构造二部图。

二部图的各顶点为D2D用户集合以及蜂窝用户集合，权值为复用矩阵的值。

403、根据Kuhn-Munkres算法，获得二部图的最大权值匹配。

Kuhn-Munkres(二分图最大权匹配)算法用于通过给每个顶点一个标号(叫做顶标)来把求最大权匹配的问题转化为求完备匹配的问题。

404、根据所述最大权值匹配，确定所述D2D用户集合以及所述蜂窝用户集合各自对应的小区资源。

本发明实施例还提供了一种资源分配的装置，可用于实现前述各方法流程，其组成如图6所示，包括：

获取单元61，用于获取待接入蜂窝小区的D2D用户集合以及所述蜂窝小区内的蜂窝用户集合。

分配单元62，用于对所述D2D用户集合和所述蜂窝用户集合进行功率分配。

确定单元63，用于根据功率分配结果，确定所述D2D用户集合以及所述蜂窝用户集合各自对应的小区资源。

可选的是，如图7所示，所述分配单元62包括：

第一确定模块621，用于根据功率约束条件和QoS约束条件，确定单个D2D用户与单个蜂窝用户的用户对。

第二确定模块622，用于根据所述单个D2D用户与单个蜂窝用户的用户对，确定与所述用户对对应的功率增益函数。

选择模块623，用于从满足所述功率约束条件和所述QoS约束条件的用户功率对中，选择使所述功率增益函数最大化的用户功率对，作为所述用户对的用户功率分组。

可选的是，如图8所示，所述确定单元63包括：

生成模块631，用于根据每个用户对的用户功率分组，生成复用矩阵。

构造模块632，用于根据所述复用矩阵，构造二部图。

获取模块633，用于根据Kuhn-Munkres算法，获得二部图的最大权值匹配。

第三确定模块634，用于根据所述最大权值匹配，确定所述D2D用户集合以及所述蜂窝用户集合各自对应的小区资源。

本发明实施例提供了一种资源分配装置，通过获取D2D用户集合和蜂窝用户的功率分配，以及D2D用户和蜂窝用户所构成的用户对的增益，进行D2D用户复用蜂窝用户资源的资源分配。这种资源分配方法在提高通信系统性能指标的同时，最大化D2D用户的速率增益和降低蜂窝用户的速率损失，降低了整个蜂窝小区的功率损耗。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。