基于拍卖理论的蜂窝网络中d2d通信资源分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，具体涉及蜂窝网络下D2D通信中的资源分配方 法。
【背景技术】
[0002] 随着移动通信技术的发展，移动业务量急剧增长，人们对带宽的需要逐渐增大，可 分配带宽已经满足不了日益膨胀的通信系统的发展需求。如何充分利用有限的频谱资源， 提高频谱利用率，已经成为了研宄的热点问题。
[0003] D2D通信技术可以在小区基站的控制下，通过复用蜂窝小区的频谱资源来提高频 谱资源利用率，D2D通信允许两个距离相对较小的用户之间直接建立通信链路，而不需要通 过基站的中继，因此可以有效的减羟基站负荷，提高蜂窝系统的频谱利用率，由于D2D通信 的两个用户之间距离相对较短，信道条件很好，因此可以提高信道速率，降低传输时延，并 且减小D2D用户的发送功率，提高终端用户的电池续航能力。
[0004] 但是由于D2D通信技术复用了蜂窝小区的频谱资源，D2D用户和蜂窝用户在同一 个信道上进行通信，所以二者之间会产生同频干扰，干扰严重的情况下会严重降低二者的 通信质量，降低系统的性能。通过合理有效的资源分配和功率控制方案，可以明显的降低两 种用户之间的互相干扰，提高系统的整体性能。因此D2D用户的资源分配和功率控制是蜂 窝网络下D2D通信研宄的关键问题。D2D通信在蜂窝网中的资源分配模式有三种：上行链 路共享、下行链路共享和专用模式。其中前两种是复用模式。图1展示了上下行链路资源 共享的干扰示意图。
[0005] D2D使用下行链路资源时，系统间干扰情况如下：D2D通信干扰本小区中使用相同 资源的蜂窝用户，同时本小区下行链路也会干扰D2D通信中的接收端。
[0006] D2D使用上行链路资源时，系统间干扰情况如下：D2D通信干扰本小区基站，同时 本小区的上行链路也会干扰D2D通信的接收端。
[0007] D2D复用上行链路时被干扰的是基站，复用下行链路资源时被干扰的是普通蜂窝 用户，一般来说，基站的发射功率比用户的发射功率大，所以在下行链路共享中，基站对D2D 用户接收端造成的干扰更大，因此大部分的研宄都采用的是上行链路资源共享模式。
[0008] 随着无线技术的发展和无线服务业务的增多，人们有更多的业务需求，因此这需 要消耗用户终端越来越多的能量。但是终端的电量是受限的。现有的研宄大多只是考虑提 高系统的发送速率，或者提高用户的电池使用寿命，没有将二者结合起来，来提高电池使用 寿命中的课发送数据量，并且很少同时考虑蜂窝用户和D2D用户的通信质量的需求。
【发明内容】
[0009] 为了解决上述技术的不足，本发明提出了一种基于拍卖理论的蜂窝网络下的D2D 通信资源分配方法，保证蜂窝用户和接入信道的D2D用户的通信质量的同时，降低D2D用户 的发送功率，提高终端用户在电池使用寿命中的平均可发送数据量。
[0010] 本发明基于拍卖理论的蜂窝网络中D2D通信资源分配方法，包括以下步骤：
[0011] A1、基站搜集所有D2D用户对的位置信息，计算D2D用户间、蜂窝用户和D2D用户 之间以及蜂窝用户到基站之间的信道增益；
[0012] A2、基站公布初始的单位价格p°、拍卖指数t = 0、固定的价格增量Λ、每个蜂窝用 户的信道速率要求rtm;
[0013] A3、根据D2D用户和蜂窝用户最低的通信质量要求，每个竞拍者计算在每一个信 道上的最大可发送功率和最小可发送功率，竞拍者在这个信道上的可发送功率介于最大发 送功率和最小发送功率之间；
[0014] A4、每个竞拍者在自己感兴趣的每个信道上选择最佳发送功率，使得选择这个信 道后的效用函数最大，然后将该效用函数作为竞拍这个信道后的报价，提交给基站；
[0015] A5、在每一轮拍卖中，基站收集所有竞拍者提交的报价，并找到最大的报价，如果 最大的报价非负，则提交这个报价的竞拍者赢得相对应的信道，否则基站对该信道不进行 任何资源分配；
[0016] A6、基站设置t = t+1，pt+1= p '-Δ，重复执行A3-A5,直到所有的竞拍者各赢得一 个信道，或所有的信道资源都被拍卖。
[0017] 优选的，D2D用户i在任一信道上的最大发送功率和最小发送功率分别为：
【主权项】
1. 基于拍卖理论的蜂窝网络中D2D通信资源分配方法，其特征在于，包括W下步骤： A1、基站捜集所有D2D用户对的位置信息，计算D2D用户间、蜂窝用户和D2D用户之间 W及蜂窝用户到基站之间的信道增益； A2、基站公布初始的单位价格p°、拍卖指数t= 0、固定的价格增量A、每个蜂窝用户的 信道速率要求rtat; A3、根据D2D用户和蜂窝用户最低的通信质量要求，每个竞拍者计算在每一个信道上 的最大可发送功率和最小可发送功率，竞拍者在该个信道上的可发送功率介于最大发送功 率和最小发送功率之间； A4、每个竞拍者在自己感兴趣的每个信道上选择最佳发送功率，使得选择该个信道后 的效用函数最大，然后将该效用函数作为竞拍该个信道后的报价，提交给基站； A5、在每一轮拍卖中，基站收集所有竞拍者提交的报价，并找到最大的报价，如果最大 的报价非负，则提交该个报价的竞拍者赢得相对应的信道，否则基站对该信道不进行任何 资源分配； A6、基站设置t=t+l，p"i=Pt-A，重复执行A3-A5,直到所有的竞拍者各赢得一个信 道，或所有的信道资源都被拍卖。
2. 按照权利要求1所述的基于拍卖理论的蜂窝网络中D2D通信资源分配方法，其特征 在于，D2D用户i在任一信道上的最大发送功率和最小发送功率分别为：
其中，Pi和Pk分别是D2D用户i和第k个蜂窝用户的发送功率，hkB和hiB分别是蜂窝 用户k和D2D用户i到基站的信道增益屯济hki分别是D2D用户i的发送端到接收端的 信道增益和蜂窝用户k到D2D用户i的信道增益；产为D2D用户i的最小目标速率，rf为 蜂窝用户的最小速率，N。表示加性高斯白噪声。
3. 按照权利要求2所述的基于拍卖理论的蜂窝网络中D2D通信资源分配方法，其特征 在于，竞拍者i选择使用某个信道k时，在可W发送的功率范围/iw。^公内均匀取N点，其中第m(mG{1，2，...N})点对应的功率为乂 (m) =p;;",ui+m. ，分别计算在该N 个点上的效用函数，选择最佳发送功率为
4. 按照权利要求1所述的基于拍卖理论的蜂窝网络中D2D通信资源分配方法，其特征 在于，竞拍者赢得某个信道后，该竞拍者和该信道均不能参与下一轮拍卖。
5. 按照权利要求2或3所述的基于拍卖理论的蜂窝网络中D2D通信资源分配方法，其 特征在于，D2D用户i在电池使用寿命中的可发送数据量为"i=蛛=C，其中r,代 表用户i的发送速率；li是用户i的电池使用寿命；Q代表电池容量；V。是电池的工作电压；Pi和P。分别代表用户的发送功率和电路功率消耗。
6.按照权利要求1~4任一项所述的基于拍卖理论的蜂窝网络中D2D通信资源分配方 法，其特征在于，所述竞拍者为D2D用户。
【专利摘要】本发明公开了一种基于拍卖理论的蜂窝网络中D2D通信资源分配方法，解决D2D用户和蜂窝用户之间的干扰协调问题，包括如下步骤：(1)基站搜集所有D2D用户对的位置信息；(2)基站公布一个初始的单位价格、迭代拍卖指数t、固定的价格增量Δ；(3)竞拍者(D2D用户)选择某一个信道k，然后根据自己通信质量和蜂窝用户的通信质量，计算在这个信道上的最大发送功率和最小发送功率(4)根据效用函数，计算最佳发送功率和最大效用函数；(5)基站进行资源分配。本发明在保证D2D用户和蜂窝用户通信质量的前提下，降低了D2D用户的发送功率，提高了蜂窝网络的系统频谱利用率，同时提高了终端用户在电池使用寿命中的平均可发送数据量。
【IPC分类】H04W16-10
【公开号】CN104796900
【申请号】CN201510160415
【发明人】王保云, 刘江涛
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月7日